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Self-asseambled Organic Nanomaterials Lab. (SO_MAT)

RESEARCH

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Self-assembled Organic Nanomaterials

Our group focuses on the development of state-of-the-art nanomaterials based on the self-assembly of synthetic organic block molecules, ranging from small molecules to peptides and polymers that are capable of addressing fundamental and social issues related to health, energy and environment. In particular, harnessing solution-assembly of conjugated polymers to construct heterojunction crystalline nanowires could facilitate fabrication of optoelectronic devices, especially photovoltaic cells, in scalable and cost-effective ways.

Along this line, we rationally design and synthesis of organic conjugated block scaffolds by molecular engineering and programming, apply the self-assembly nanotechnology to provide the various functionalities corresponded to the well-defined nanostructures across multiple length scales, and identify the newly discovered physical, optical, electrical and mechanical. An in-depth understanding of molecular self-assemblies by using TEM (including cryogenic-TEM (cryo-TEM) and TEM tomography (TEMT)) will motivate development of nature-inspired complex nanostructures/systems through our expertise in rational synthesis of organic block molecules. The synergetic effects of rational synthesis, sophisticated fabrication, and cutting-edge characterization will facilitate creative research.

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본 조립 유기 나노소재 연구실은 가볍고 저렴할 뿐 아니라 친환경적이고 공정이 용이하여 전기 및 광학분야, 신재생 에너지 분야, 의료 및 바이오 분야 등에서 미래 핵심 융합 소재로 각광받고 있는 유기 연성소재를 1) 분자프로그래밍을 기반으로 설계 및 합성하고, 2) 자기조립 제어 기술을 적용하여 다양한 기능성을 부여함은 물론, 3) 최첨단 투과 전자현미경 분석법과 연계하여 새롭게 발견되는 물리적, 광학적, 전기적, 기계적 특성을 규명하고자 한다.

특히, 다양한 분자간 인력을 통해 자발적으로 특정한 구조 및 물성을 가지는 자기조립 전도성 유기분자 집합체를 분자 또는 나노 수준에서 아키텍처링하여 정보전자소재로서의 적용 가능성을 탐색하고 전기변색, 자가 에너지 변환 특성 등을 제어한다. 나아가, 자가변환 자연계 시스템을 모방한 전하전달제어와 특성의 집적화를 통해 기존의 광전기·전자 나노소재 개발에 관한 패러다임을 전환하고자 하며, 이를 토대로 소자의 집적화/소형화 등 유비쿼터스 시대의 요구에 부합하는 혁신적인 자가변환 다차원 나노소재 개발의 가속화를 추진하고자 한다.

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Multi-scale imaging including cryogenic-TEM, TEM tomograpy

유기 및 고분자 나노 소재의 구조와 기계적, 광학적, 전기적 물성과의 상관관계를 이해하는 것은 산업적인 응용에 매우 중요할 뿐 아니라 산업화가 가능한 신소재를 개발하는데 크게 기여한다. 따라서, 평균적인 구조해석이 가능한 산란법, 분광법과 함께 실제공간 영상을 제공하는 투과 전자현미경 분석법이 나노소재에서 핵심 분석기술로 강력하게 자리매김하고 있다.

실제로, 투과전자현미경 분석법은 반도체 결함 분석 시 가장 많이 사용되지만 수소연료전지 리튬이차전지 등의 극미세 소형화 소자를 상용화하기 위해 반드시 필요한 기술 및 연구 분야이며, 생체활동의 가장 기본인 단백질의 구조를 파악하는 바이오 분야부터 뇌과학 분야까지 폭넓은 응용성을 가진다. 그러나, 유기 및 고분자 기반의 연성 나노소재의 경우 시편 제조가 어렵고, 전자빔에 매우 취약하며 왜곡된 영상 생성으로 비교적 해석이 어려우므로, 시료의 특성과 안정성에 근거한 맞춤형 분석기법 개발이 절실히 요구된다. 따라서, 본 연구실에서는 각 시료의 소재에 적합한 시편 처리법과 분석법을 개발하고 이를 기반으로 다양한 자가조립 나노구조체들의 구조를 해석하고 새로운 신소재의 개발에 적극 응용하고자 한다.

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