나트륨의 전기 전도 및 소음 분광학

Aug 01, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9861(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

친환경 전자 장치는 친환경 부품을 전자 장치에 통합하기 위한 새로운 방법론의 탐구가 필요한 새로운 주제입니다. 따라서 생체적합성, 생분해성을 지닌 대체 및 친환경 원료의 개발은 매우 중요합니다. 이 중 알긴산나트륨은 해조류에서 추출한 천연 생체고분자로서 얇은 금(Au)층으로 기능화하면 투명성, 유연성, 전도성 등의 측면에서 큰 잠재력을 지닌 물질이다. 유기 기판과 금속 층 사이의 상호 작용을 이해하기 위해 300K에서 10K까지의 DC 측정을 통해 유연하고 전도성이 있는 기판의 전기적 전달을 연구했습니다. 결과는 전자제품에 사용되는 잘 알려진 폴리머인 폴리메틸메타크릴레이트 기반의 참조 이중층과 비교되었습니다. 또한, 전기적 노이즈 특성에 대한 상세한 조사도 수행되었습니다. 이 분석을 통해 전하 캐리어 변동의 영향을 연구할 수 있으며 전자 응용 분야에 필요한 최소 금속 두께를 정량화하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 특히, 금속 화합물의 전형적인 노이즈 거동은 5 nm의 Au로 덮인 샘플에서 관찰되었으며, 이중층의 상대적으로 좋은 DC 전도도에도 불구하고 비금속 전도와 관련된 노이즈 수준은 4.5 nm의 두께에서 발견되었습니다. .

최근 10년간 플렉서블 전자소자의 개발이 많은 주목을 받아온 이유는 우리 일상생활에 꼭 필요한 전기·전자기기(EEE)에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되기 때문이다. EEE는 사용 후 폐기되어 유해하지만 귀중한 물질로 구성된 대규모 전자 폐기물을 생성합니다. 2019년에 전 세계적으로 5,360만 톤(Mt)의 전자 폐기물이 발생했으며, 이 전자 폐기물 중 17.4%만이 수집 및 재활용되었습니다1. 현재의 재활용 기술은 주로 제련소 및 화학 기술을 기반으로 합니다. 제련소 운영은 에너지 집약적이며, 화학 재활용 기술에 일반적으로 사용되는 무기산은 작업자는 물론 공기 질과 수류에 심각한 환경 위험을 초래합니다2,3.

친환경 전자제품 프레임워크에서 생분해성 및 쉽게 재활용할 수 있는 재료를 사용하면 전자 폐기물이 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 실제로 이러한 재료는 보다 환경적으로 지속 가능한 재활용 경로2,4뿐만 아니라 센서와 같은 일회용 장치의 안전한 관리 기회를 제공합니다. 유럽 ​​표준 EN13432에 따르면, 생분해성 물질은 곰팡이나 미생물의 작용을 통해 6개월 이내에 최소 90%가 물, 이산화탄소, 바이오매스 등 무해한 성분으로 전환될 수 있는 물질을 말합니다. 현재 생분해성 재료의 사용은 기판, 중간층 또는 활성층 및 전극으로 사용될 수 있는 여러 분야에서 기회를 나타냅니다. 현재까지 가장 많이 연구되고 유망한 생분해성 물질은 셀룰로오스 유도체5,6, 키틴/키토산7,8,9 및 실크 피브로인10,11,12입니다.

최근 우리는 갈조류에서 추출한 천연 생분해성 폴리머인 알긴산 나트륨(SA)을 사용하기 시작했습니다. SA는 수용성이며 조작하기 쉽기 때문에 편평하고 투명한 포일을 환경 친화적인 공정으로 쉽게 제작할 수 있습니다14. 빛과 에너지를 위한 친환경 장치(예: 유기 포토다이오드(OPD), 유기 발광 다이오드(OLED), 고분자 태양 전지(PSC) 등)를 생산하기 위한 혁신적인 기판 제조에 SA를 사용하려는 목적으로 우리는 전도성 이중층을 얻는 SA 필름 상단의 얇은 Au 층은 기판을 최종 응용 분야에 맞게 조정하기 위해 전기적 특성을 연구해야 합니다. 이 플랫폼은 작동 중인 OLED4에 성공적으로 통합되어 유리/ITO 이중층으로 만들어진 기존 플랫폼을 대체할 수 있음을 보여줍니다. 그러나 광전자 응용 분야에서 기판 투명성을 유지하려면 매우 얇은 금속 층이 필수입니다. 따라서 일회용 EEE를 제조할 때 이중층의 금속 부분의 양은 최소화하면서 높은 전기 전도도로 적절한 전류 전달을 유지해야 합니다. Au는 우수한 성장 및 연결 특성뿐만 아니라 화학적 분해에 대한 저항성으로 인해 매우 낮은 두께에서도 우수한 전도성을 제공하는 좋은 선택입니다.