박태현 연구실
유기재료공학과 박태현
박태현 연구실은 유기재료공학과를 기반으로 고분자 및 나노소재를 활용한 첨단 기능성 재료와 소자 개발에 주력하고 있습니다. 연구실의 대표적인 연구 분야는 블록공중합체 기반 구조색 디스플레이 및 센서, 신축성 이온 열전 에너지 하베스팅 소재, 그리고 이온트로닉스 등입니다. 이러한 연구는 고분자 재료의 자기조립, 나노구조 제어, 전기화학적 특성 조절 등 다양한 융합 기술을 바탕으로 이루어집니다.
특히, 블록공중합체의 나노구조를 이용한 구조색 구현 기술은 외부 자극에 따라 색이 변하는 스마트 디스플레이, 정보 암호화, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 연구실은 잉크젯 프린팅, 전기장 구동, 광열 기록 등 다양한 방법을 통해 구조색의 정밀 제어와 재기록, 비휘발성 정보 저장 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 차세대 디스플레이 및 센서 기술의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
또한, 신축성 고분자 및 하이드로겔을 기반으로 한 이온 열전 슈퍼커패시터와 에너지 하베스팅 소자 개발에도 앞장서고 있습니다. 이온전도성 고분자 전해질과 나노와이어 전극을 조합하여, 웨어러블 기기나 인체 부착형 에너지 소자에 적합한 고성능, 고안정성 소재를 구현하고 있습니다. 이러한 기술은 체온 등 인체에서 발생하는 미세한 열에너지를 전기에너지로 변환하여, 자가 구동형 센서 및 디스플레이에 전력을 공급할 수 있는 기반을 마련합니다.
연구실은 MXene, 페로브스카이트 나노결정, 액상 금속 하이드로겔 등 다양한 신소재를 활용한 전자소자, 센서, 히터 등도 연구하고 있습니다. 이와 함께, 구조색 기반의 3D 터치리스 센서, 전기발광 압력 센서, 스트레인 센서 등 차세대 인터페이스 및 헬스케어 응용 기술도 활발히 개발 중입니다. 이러한 연구 성과는 국내외 저명 학술지 및 학회에서 꾸준히 발표되고 있습니다.
박태현 연구실은 고분자 재료공학, 나노과학, 전기화학, 바이오센서 등 다양한 학문 분야의 융합을 통해, 미래형 스마트 소재 및 소자 기술을 선도하고 있습니다. 연구실의 혁신적인 연구는 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 에너지 하베스팅, 바이오센서 등 다양한 산업 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.
블록공중합체 기반 구조색 디스플레이 및 센서
블록공중합체(BCP)를 활용한 구조색(Structural Color) 디스플레이 및 센서 기술은 박태현 연구실의 핵심 연구 분야 중 하나입니다. 구조색은 물질의 미세구조에 의해 빛이 간섭되어 나타나는 색으로, 전통적인 염료나 안료와 달리 내구성이 뛰어나고 다양한 환경 자극에 반응할 수 있습니다. 연구실에서는 BCP의 자기조립 특성을 이용해 1차원 포토닉 크리스탈 구조를 형성하고, 이를 기반으로 다양한 색상과 패턴을 구현하는 기술을 개발하고 있습니다.
이러한 구조색 디스플레이는 외부 자극(습도, 온도, pH, 기계적 변형 등)에 따라 색이 변하는 특성을 가지며, 이를 통해 정보의 시각화, 암호화, 센싱 등 다양한 응용이 가능합니다. 예를 들어, 인체의 땀이나 체온 변화에 반응하여 색이 변하는 웨어러블 디스플레이, 손가락의 비접촉 위치를 감지하여 3D 터치리스 인터페이스를 구현하는 센서 등이 대표적입니다. 또한, 구조색의 비휘발성 기록 및 재기록 기술을 통해 고밀도 정보 저장 매체로의 확장도 연구되고 있습니다.
이 분야의 연구는 고분자 재료의 설계, 나노구조 제어, 전기화학적 구동, 잉크젯 프린팅 등 다양한 융합 기술을 필요로 하며, 차세대 스마트 디스플레이, 바이오센서, 보안 및 암호화 기술 등 폭넓은 산업적 파급 효과가 기대됩니다. 박태현 연구실은 이러한 구조색 기반 기술의 원천 연구부터 실제 응용까지 선도적으로 이끌고 있습니다.
신축성 이온 열전 에너지 하베스팅 및 이온트로닉스
연구실은 신축성 고분자 및 하이드로겔을 기반으로 한 이온 열전(ionic thermoelectric) 에너지 하베스팅 소재와 소자 개발에도 집중하고 있습니다. 이온 열전 슈퍼커패시터(ITESC)는 기존 전자 기반 열전 소재에 비해 훨씬 높은 전압을 생성할 수 있어, 저온의 열에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환하는 데 유리합니다. 박태현 연구실에서는 신축성과 안정성을 동시에 갖춘 이온 열전 고분자 전해질 및 전극 소재를 개발하여, 웨어러블 기기나 인체 부착형 에너지 하베스팅 소자에 적용하고 있습니다.
특히, 하이드로겔 및 나노와이어 전극을 조합한 완전 신축성 ITESC 소자는 공기 중에서도 장기간 안정성을 유지하며, 250% 이상의 인장 변형에도 성능 저하 없이 작동합니다. 이러한 기술은 체온 등 인체에서 발생하는 미세한 열에너지를 수확하여 웨어러블 센서, 헬스케어 기기, 자가 구동형 디스플레이 등에 전력을 공급할 수 있는 기반이 됩니다. 또한, 이온트로닉스(iontronics) 분야와 연계하여, 고분자 기반 이온전도체의 전기화학적 특성을 활용한 새로운 전자소자 개발도 활발히 이루어지고 있습니다.
이 연구는 고분자 합성, 나노소재 공정, 전기화학적 분석 등 다양한 학문적 접근이 융합된 결과로, 차세대 에너지 하베스팅 및 스마트 전자소자 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 박태현 연구실은 관련 국내외 학회 및 심포지엄에서 활발히 연구 성과를 발표하며, 해당 분야의 선도적 위치를 확고히 하고 있습니다.
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Self-Powered Sweat-Responsive Structural Color Display
박태현
Advanced Functional Materials, 202405
2
Ionoelastomer electrolytes for stretchable ionic thermoelectric supercapacitors
Park Tae Hyun, Kim Byeonggwan, Yu Seunggun, Park Youjin, Oh Jin Woo, Kim Taebin, Kim Nara, Kim Yeonji, Zhao Dan, Khan Zia Ullah, Lienemann Samuel, Crispin Xavier, Tybrandt Klas, Park Cheolmin, Jun Seong Chan
NANO ENERGY, 202309
3
Interactive structural color displays of nano architectonic 1-dimensional block copolymer photonic crystals
Park Tae Hyun, Yu Seunggun, Park Jeongok, Park Cheolmin
SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS, 202301
1
소프트 재료 기반 고성능/신축성 이온 열전 에너지 하베스팅 소재