울산과기대(UNIST) 화학과 김병수 교수 연구팀(제1 저자 주필재, 조기영)과 미국 럿거스대학교 초왈라(M. Chhowalla) 교수팀이 주도하고 포스텍 류순민 교수 연구팀이 참여한 이번 연구의 결과는 나노분야 국제학술지 나노레터스(Nano Letters) 온라인판 9월 29일자에 게재됐다.
21일 UNIST에 따르면 이황화몰리브덴(MoS2)은 얇아질수록 세게 발광하는 대표적인 2차원 반도체(두께가 원자 두세개 층 정도인 양탄자 형태의 반도체) 물질로 미래형 디스플레이나 광전자 소재에 적합하다.
다만, 여러 층으로 적층시 빛의 흡수와 방출이 저해되면서 발광효율이 떨어져 디스플레이나 LED 등의 광전자 소자로 개발하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 음전하를 띠는 이황화몰리브덴과 양전하를 띠는 고분자전해질을 번갈아 가며 자기조립하는 방식으로 여러 층으로 적층해 수 나노미터의 두께에도 빛을 내는 발광 나노박막을 제작했다.
플렉서블 디스플레이와 초경량 전자제품에 응용할 수 있는 발광소자 개발에 있어 종전 단일층 소재에 국한된 연구에 돌파구가 될 것으로 기대된다.
실제 4층으로 이황화몰리브덴을 적층한 경우 발광효율이 오히려 최대 4배 이상 향상되는 것으로 나타났다.
이는 이황화몰리브덴 사이에 고분자전해질 층을 도입해 2차원 반도체간의 층간 결합을 효과적으로 차단하는 한편 고분자전해질 층이 이황화몰리브덴의 발광현상을 돕는 양전하를 많이 제공하기 때문이라는 설명이다.
한편 정전기적 인력을 이용한 다층박막 자기조립 방식으로 적층하기 때문에 두께를 세밀하게 조절할 수 있는 것도 개발된 구조체의 장점이다.
