KR102461955B1 - Piezo-electric nano-materials - Google Patents
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Abstract
본원은 압전 나노 소재에 있어서, 나노 소재; 및 상기 나노 소재 상에 형성된 리간드를 포함하고, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지며, 상기 압전 나노 소재에 가해진 압력에 의해 상기 리간드의 쌍극자의 크기가 조절되는 것인, 압전 나노 소재에 대한 것이다.The present application relates to a piezoelectric nanomaterial, the nanomaterial; and a ligand formed on the nanomaterial, wherein the ligand has a dipole moment characteristic, and the size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial. It relates to a piezoelectric nanomaterial.
Description
본원은 압전 나노 소재에 관한 것이다.The present application relates to a piezoelectric nanomaterial.
압전 소재는 응력이 가해졌을 때 소재 내부에 전기 분극이 발생하여 음전하와 양전하가 분극의 방향에 의해 분리되는 특징을 가지고 있다. 이러한 압전 분극에 의해 발생된 전하를 전자 회로로 연결하는 경우, 전하의 이동에 의해 전류가 발생하거나 음전하와 양전하의 전위차에 의해 전압이 생성된다.The piezoelectric material has a characteristic that electric polarization occurs inside the material when a stress is applied, so that the negative and positive charges are separated by the direction of the polarization. When the electric charge generated by the piezoelectric polarization is connected to the electronic circuit, a current is generated by the movement of the electric charge or a voltage is generated by the potential difference between the negative and positive charges.
이와 같은 응력에 의한 전기 분극의 발생(direct piezoelectric effect)과는 반대로 소재에 전압을 가했을 때 소재의 변형이 발생(converse piezoelectric effect)하기도 하는데, 이러한 특성들을 활용하여 전기 에너지 발생기, 압전 액츄에이터 또는 압력 센서 등의 압전 소자 개발을 위해 압전 소재가 활용되고 있다.In contrast to the direct piezoelectric effect caused by such stress, when a voltage is applied to the material, the material deforms (converse piezoelectric effect). Piezoelectric materials are being used for the development of piezoelectric elements such as
이와 같은 압전 소재를 활용한 기존의 소자 제작은 주로 박막이나 세라믹 소결체 등의 마이크로 미터 이상의 크기를 갖는 압전 소재를 활용하였다. 하지만, 최근에는 소형 전자기기의 자체 전원 공급 또는 유연성 압전 소자 개발의 일환으로 나노미터 단위의 크기를 갖는 압전 나노 분말 등의 압전 나노 소재 활용이 대두되고 있다.Conventional device manufacturing using such a piezoelectric material mainly utilizes a piezoelectric material having a size of micrometers or more, such as a thin film or a ceramic sintered body. However, in recent years, the use of piezoelectric nanomaterials such as piezoelectric nanopowders having a size of nanometers has emerged as a part of the self-power supply of small electronic devices or the development of flexible piezoelectric elements.
본원의 배경이 되는 기술인 한국공개특허 제 10-2010-0066271 호는 나노 압전 소자 및 그 형성방법에 관한 것이다. 상기 공개특허는 하부 전극, 하부 전극으로부터 위로 연장되는 나노 와이어 및 나노 와이어 상의 상부 전극을 포함하되, 나노 와이어는 전도성을 가지는 와이어 코어(core) 및 와이어 코어를 둘러싸며 압전소재로 구성된 와이어 쉘(shell)을 포함하는 구성을 개시하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0066271, which is the background technology of the present application, relates to a nano-piezoelectric element and a method for forming the same. The disclosed patent includes a lower electrode, a nanowire extending upward from the lower electrode, and an upper electrode on the nanowire, wherein the nanowire has a conductive wire core and a wire shell surrounding the wire core and made of a piezoelectric material. ) discloses a configuration including.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 쌍극자 특성을 이용하여 연속적인 에너지 준위 제어가 가능한 압전 나노 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present application is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present application is to provide a piezoelectric nanomaterial capable of continuously controlling energy levels using dipole characteristics.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiment of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 압전 나노 소재에 대한 것으로서, 구체적으로 나노 소재, 및 상기 나노 소재 상에 형성된 리간드를 포함하고, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지며, 상기 압전 나노 소재에 가해진 압력에 의해 상기 리간드의 쌍극자의 크기가 조절되는 것인, 압전 나노 소재를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application relates to a piezoelectric nanomaterial, and specifically includes a nanomaterial, and a ligand formed on the nanomaterial, wherein the ligand has a dipole moment characteristic. and, the size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may be a polar molecule having a dipole moment characteristic, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 공유 결합, 이온 결합, 또는 배위 결합에 의해 상기 나노 소재 상에 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may be formed on the nanomaterial by a covalent bond, an ionic bond, or a coordination bond, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 피리딘(pyridine), 벤젠티올(benzenthiol), Lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE(Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF 올리고머(Vinylidene fluoride oligimer), 완전 수소첨가 그래핀(fully hydrogenated graphene), 불소화-그래핀(fluorinated-graphene), PHZ-H2ca(phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba(phenazine-bromanilic acid), 티오르(thiol), TTF-CA(tetrathiafulvalene-p-chloranil), 로쉘염(Rochelle salt), TGS(triglycine sulfate), KH2PO4, PZT, BiFeO3, BaTiO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand is pyridine, benzenethiol, lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE (Poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF oligomer (Vinylidene fluoride oligimer), fully hydrogenated graphene, fluorinated-graphene, PHZ-H2ca (phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba (phenazine-bromanilic acid), T group consisting of thiol, tetrathiafulvalene-p-chloranil (TTF-CA), Rochelle salt, triglycine sulfate (TGS), KH 2 PO 4 , PZT, BiFeO 3 , BaTiO 3 , and combinations thereof It may include one selected from, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 0 차원, 1 차원, 2 차원 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the nanomaterial may include a structure selected from the group consisting of 0-dimensional, 1-dimensional, 2-dimensional, and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the 0-dimensional structure may include quantum dots, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 양자점은 ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InSb, PbTe, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the quantum dots are ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN , InSb, PbTe, Si, Ge, and may include a quantum dot selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 1 차원 구조는 나노 튜브, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 로드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional structure may include a structure selected from the group consisting of nanotubes, nanoparticles, nanowires, nanorods, and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 구조는 그래핀, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, TaS2, TaSe2, TaTe2, 흑린 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the two-dimensional structure is graphene, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , TaTe 2 , may include those selected from the group consisting of black phosphorus and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:According to one embodiment of the present application, the external pressure may be controlled by the following relation 1, but is not limited thereto:
[관계식 1][Relational Expression 1]
P=-(∂E/∂Ω)T P=-(∂E/∂Ω) T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 부피임).(In Relation 1, Ω is the volume and T is the volume).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압력에 의해 상기 나노 소재의 이온화 에너지 또는 상기 나노 소재의 에너지 준위가 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the ionization energy of the nano-material or the energy level of the nano-material may be changed by the pressure, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the nano material may be a semiconductor nano material, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 포함하는, 압력 센서를 제공한다.A second aspect of the present application, comprising the piezoelectric nanomaterial according to the first aspect of the present application, provides a pressure sensor.
또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 형성하는 단계, 상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시키는 단계, 및 상기 변위를 통해 상기 압력을 계산하는 단계를 포함하는, 압력 측정 방법을 제공한다.In addition, the third aspect of the present application includes the steps of forming a piezoelectric nanomaterial according to the first aspect, generating a predetermined displacement by applying pressure to the piezoelectric nanomaterial, and calculating the pressure through the displacement. It provides a method for measuring pressure, including.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 외부 압력을 통해 리간드의 쌍극자 크기가 조절됨으로써 나노 소재의 에너지 준위를 제어할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the energy level of the nanomaterial can be controlled by adjusting the dipole size of the ligand through external pressure.
나아가, 상기 나노 소재의 에너지 준위를 제어함으로써, 원하는 에너지 준위에 원자가띠(valence band)/전도띠(conduction band)/페르미 준위(Fermi level)를 위치시켜 효과적인 전하/정공 이동을 통하여 전기 화학 반응을 최적화시킬 수 있다.Furthermore, by controlling the energy level of the nanomaterial, the valence band/conduction band/Fermi level is positioned at the desired energy level, and an electrochemical reaction is performed through effective charge/hole movement. can be optimized.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 에너지 준위 변화를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따라 대칭성 슬래브 모델(Symmetric slab model)을 이용하여 압전 나노 소재를 모델링한 도면이다.
도 3 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 부피 변화에 따른 시스템의 총 에너지 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 부피 변화에 따른 외부 압력을 추정한 그래프이다.
도 4 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 정전기전위 평균값 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 에너지 준위 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따라 압전 나노 소재를 모델링한 도면이다.
도 6 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 의한 리간드 뒤틀림 정도에 따른 정전기전위 평균값 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 리간드 뒤틀림 정도에 따른 에너지 준위 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a diagram illustrating a change in an energy level according to an external pressure of a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application by simulation.
2 is a diagram illustrating a piezoelectric nanomaterial modeling using a symmetric slab model according to an exemplary embodiment of the present application.
Figure 3 (a) is a graph showing the total energy change of the system according to the volume change of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 3 (b) is a piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application It is a graph estimating the external pressure according to the volume change.
Figure 4 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential according to the external pressure of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 4 (b) is the outside of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application It is a graph showing the change in energy level according to pressure.
5 is a diagram illustrating modeling of a piezoelectric nanomaterial according to an exemplary embodiment of the present application.
Figure 6 (a) is a graph showing the change in the average value of the electrostatic potential according to the degree of distortion of the ligand by the external pressure of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 6 (b) is a graph according to an embodiment of the present application It is a graph showing the change in the energy level according to the degree of distortion of the ligand of the piezoelectric nanomaterial.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is located on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms “about,” “substantially,” and the like, to the extent used herein, are used in or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure unfairly. Also, throughout this specification, "step to" or "step for" does not mean "step for".
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A or B, or A and B”.
이하, 본원의 압전 나노 소재에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the piezoelectric nanomaterial of the present application will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 압전 나노 소재에 대한 것으로서, 구체적으로 나노 소재, 및 상기 나노 소재 상에 형성된 리간드를 포함하고, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지며, 상기 압전 나노 소재에 가해진 압력에 의해 상기 리간드의 쌍극자의 크기가 조절되는 것인, 압전 나노 소재를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application relates to a piezoelectric nanomaterial, and specifically includes a nanomaterial, and a ligand formed on the nanomaterial, wherein the ligand has a dipole moment characteristic. and, the size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial.
나노 소재는 사이즈에 따른 양자 구속 효과를 이용하여 에너지 띠간격(Energy band gap)을 조절할 수 있고, 화학적 처리를 통하여 나노 소재의 계면 특성 제어가 가능한 장점이 있다. 그러나 종래 제어 기술은 나노 소재 기반 소자 개발에 있어 한계가 있으며, 특히, 나노 소재의 에너지 준위가 무분별하게 위치하여 소자의 특성을 최적화하는데 어려움이 있었다.Nanomaterials have the advantage of being able to control the energy band gap by using quantum confinement effects according to their size, and controlling the interface properties of nanomaterials through chemical treatment. However, the conventional control technology has limitations in the development of nanomaterial-based devices, and in particular, the energy level of the nanomaterials is indiscriminately located, so it is difficult to optimize the device characteristics.
본 발명자들은, 나노 소재의 에너지 준위 조절의 어려움과 중요성을 인식하여, 외부 압력을 통해 리간드의 쌍극자 모멘트가 조절됨으로써 나노 소재의 에너지 준위를 조절할 수 있는 압전 나노 소재를 개발하였다. 상기 나노 소재의 에너지 준위를 제어함으로써, 원하는 에너지 준위에 원자가띠(valence band)/전도띠(conduction band)/페르미 준위(Fermi level)를 위치시켜 효과적인 전하/정공 이동을 통하여 전기 화학 반응을 최적화시킬 수 있다.The present inventors have developed a piezoelectric nanomaterial capable of controlling the energy level of the nanomaterial by controlling the dipole moment of the ligand through external pressure, recognizing the difficulty and importance of controlling the energy level of the nanomaterial. By controlling the energy level of the nanomaterial, the valence band/conduction band/Fermi level is positioned at the desired energy level to optimize the electrochemical reaction through effective charge/hole movement. can
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may be a polar molecule having a dipole moment characteristic, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 공유 결합, 이온 결합, 또는 배위 결합에 의해 상기 나노 소재 상에 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may be formed on the nanomaterial by a covalent bond, an ionic bond, or a coordination bond, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자를 갖는 유기 분자 또는 쌍극자를 갖는 무기 소재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may include an organic molecule having a dipole or an inorganic material having a dipole, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 피리딘(pyridine), 벤젠티올(benzenthiol), Lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE(Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF 올리고머(Vinylidene fluoride oligimer), 완전 수소첨가 그래핀(fully hydrogenated graphene), 불소화-그래핀(fluorinated-graphene), PHZ-H2ca(phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba(phenazine-bromanilic acid), 티오르(thiol), TTF-CA(tetrathiafulvalene-p-chloranil), 로쉘염(Rochelle salt), TGS(triglycine sulfate), KH2PO4, PZT, BiFeO3, BaTiO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand is pyridine, benzenethiol, lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE (Poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF oligomer (Vinylidene fluoride oligimer), fully hydrogenated graphene, fluorinated-graphene, PHZ-H2ca (phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba (phenazine-bromanilic acid), T group consisting of thiol, tetrathiafulvalene-p-chloranil (TTF-CA), Rochelle salt, triglycine sulfate (TGS), KH 2 PO 4 , PZT, BiFeO 3 , BaTiO 3 , and combinations thereof It may include one selected from, but is not limited thereto.
일반적으로 리간드는 분자 또는 이온이 다른 분자 또는 이온에 비공유 전자쌍을 주며 배위결합하는 물질을 의미한다. 본원에서는 상기 리간드가 쌍극자 모멘트의 성질도 함께 포함하여, 상기 나노 소재에 비공유 전자쌍을 제공할 수 있다. In general, a ligand refers to a substance in which a molecule or ion coordinates by giving a lone pair of electrons to another molecule or ion. Herein, the ligand may provide a lone pair of electrons to the nanomaterial by including the property of a dipole moment.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 에너지 준위 변화를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a change in an energy level according to an external pressure of a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application by simulation.
도 1 을 참조하면, 외부에서 압력이 상기 압전 나노 소재에 가해지면 이온화 에너지가 증가하며 원자가띠(valence band)가 낮아지는 현상이 발생한다. 후술하겠지만, 상기 압력에 의해 상기 압전 나노 소재의 부피가 변형될 수 있으며, 상기 부피의 변화량 및 시스템 내부의 총 에너지의 변화량을 통해 상기 압력을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 1 , when external pressure is applied to the piezoelectric nanomaterial, ionization energy increases and a valence band decreases. As will be described later, the volume of the piezoelectric nanomaterial may be deformed by the pressure, and the pressure may be calculated through the change in the volume and the change in the total energy in the system.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 0 차원, 1 차원, 2 차원 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the nanomaterial may include a structure selected from the group consisting of 0-dimensional, 1-dimensional, 2-dimensional, and combinations thereof, but is not limited thereto.
후술하겠지만, 상기 나노 소재는 외부 압력에 의한 상기 리간드의 쌍극자 모멘트 성질의 변화로 인해 에너지 준위 또는 이온화 에너지가 변하는 것이다.As will be described later, in the nanomaterial, an energy level or ionization energy is changed due to a change in the dipole moment property of the ligand due to an external pressure.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the 0-dimensional structure may include quantum dots, but is not limited thereto.
상기 양자점은 소재의 엑시톤 보어 반경(exciton Bohr radius)보다 크기가 작은 양자 구속 효과가 관찰되는 반도체 나노 결정을 일컫는다. 반도체 물질은 전도띠(conduction band)와 원자가띠(valence band) 사이에 띠간격(band gap)이 없는 금속이나 또는 그 간격이 매우 큰 부도체와는 달리 적당한 띠간격을 가진다. 그러나 나노 크기의 반도체 물질은 모든 방향에 대한 양자구속효과로 인하여 전자의 운동이 제한되면서 연속적인 에너지 밴드가 아닌 불연속적인 에너지 준위를 가지게 된다. 또한 나노 입자의 크기가 줄어듦에 따라 띠간격이 넓어지게 되는데, 빛에 노출되면 이 에너지 띠간격에 해당하는 파장의 빛을 방출한다. 따라서 벌크 상태의 입자와는 전혀 다른 전기적, 광학적 물성을 띄게 된다.The quantum dot refers to a semiconductor nanocrystal in which a quantum confinement effect having a size smaller than an exciton Bohr radius of a material is observed. A semiconductor material has a proper band gap, unlike a metal without a band gap between a conduction band and a valence band or an insulator with a very large gap. However, nano-sized semiconductor materials have discontinuous energy levels rather than continuous energy bands as the movement of electrons is restricted due to the quantum confinement effect in all directions. In addition, as the size of the nanoparticles decreases, the band gap becomes wider, and when exposed to light, light with a wavelength corresponding to this energy band gap is emitted. Therefore, it exhibits electrical and optical properties completely different from those of bulk particles.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InSb, PbTe, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InSb , PbTe, Si, Ge, and may include a quantum dot selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the nano material may be a semiconductor nano material, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 1 차원 구조는 나노 튜브, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 로드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional structure may include a structure selected from the group consisting of nanotubes, nanoparticles, nanowires, nanorods, and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 구조는 그래핀, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, TaS2, TaSe2, TaTe2, 흑린 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the two-dimensional structure is graphene, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , TaTe 2 , may include those selected from the group consisting of black phosphorus and combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:According to one embodiment of the present application, the external pressure may be controlled by the following relation 1, but is not limited thereto:
[관계식 1][Relational Expression 1]
P=-(∂E/∂Ω)T P=-(∂E/∂Ω) T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 온도임).(In Relation 1, Ω is volume and T is temperature).
상기 관계식 1 에 따르면, 상기 나노 소재에 압력을 가하면 상기 나노 소재의 층간 거리 d 가 변화하여 부피 Ω 가 변화될 수 있다. 이 때, 온도가 일정한 조건에서, 상기 나노 소재의 에너지 준위 E 의 함수는 상기 부피 Ω 에 의해 편미분하면 압력 P 를 확인할 수 있으므로, 압력 P 는 상기 에너지 E 또는 층간 거리 d 에 의한 함수로서 표현될수 있다According to Relation 1, when a pressure is applied to the nanomaterial, the interlayer distance d of the nanomaterial may change, thereby changing the volume Ω. At this time, under a constant temperature condition, since the pressure P can be confirmed when the function of the energy level E of the nanomaterial is partially differentiated by the volume Ω, the pressure P can be expressed as a function by the energy E or the interlayer distance d
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압력에 의해 상기 나노 소재의 이온화 에너지 또는 상기 나노 소재의 에너지 준위가 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the ionization energy of the nano-material or the energy level of the nano-material may be changed by the pressure, but is not limited thereto.
본원에 따른 이온화 에너지는 상기 나노 소재로부터 전자를 분리하기 위해 필요한 에너지를 의미하고, 본원에 따른 에너지 준위는 상기 나노 소재가 갖는 에너지의 값을 의미한다.Ionization energy according to the present application means energy required to separate electrons from the nanomaterial, and the energy level according to the present application means a value of energy of the nanomaterial.
상기 나노 소재에 압력을 가하면, 상기 리간드의 쌍극자 모멘트의 크기와 함께 상기 나노 소재의 부피가 변화될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 나노 소재의 부피의 변화량에 따른 시스템의 총 에너지 변화량을 통해, 상기 외부 압력을 상기 관계식 1 을 이용하여 계산할 수 있다.When a pressure is applied to the nanomaterial, the volume of the nanomaterial may be changed along with the magnitude of the dipole moment of the ligand. In this regard, the external pressure can be calculated using the relation 1 through the total energy change amount of the system according to the change amount of the volume of the nanomaterial.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 포함하는, 압력 센서를 제공한다.A second aspect of the present application, comprising the piezoelectric nanomaterial according to the first aspect of the present application, provides a pressure sensor.
본원의 제 2 측면에 따른 압력 센서에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the pressure sensor according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are in the second aspect of the present application The same can be applied.
또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 형성하는 단계, 상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시키는 단계, 및 상기 변위를 통해 상기 압력을 계산하는 단계를 포함하는, 압력 측정 방법을 제공한다.In addition, the third aspect of the present application includes the steps of forming a piezoelectric nanomaterial according to the first aspect, generating a predetermined displacement by applying pressure to the piezoelectric nanomaterial, and calculating the pressure through the displacement. It provides a method for measuring pressure, including.
본원의 제 3 측면에 따른 압력 측정 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the pressure measuring method according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first and second aspects of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the first and second aspects of the present application The described content is equally applicable to the third aspect of the present application.
일반적으로 압력의 측정 방법은 물체를 실제로 제조하여 상기 물체의 탄성, 인장계수, 부피 변화, 저항 변화 등을 통해 알 수 있으나, 본원에 따른 압력 측정 방법은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 측정할 수 있어 시행착오를 줄일 수 있고, 이에 따라 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.In general, the pressure measurement method can be known through the elasticity, tensile modulus, volume change, resistance change, etc. of the object by actually manufacturing the object, but the pressure measurement method according to the present application can be measured through computer simulation, so trial and error is avoided. can be reduced, so that resources can be used efficiently.
상기 컴퓨터 시뮬레이션은 제 1 원리법(Ab initio)을 기반으로 상기 압력을 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The computer simulation may measure the pressure based on the first principle method (Ab initio), but is not limited thereto.
먼저, 상기 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 형성한다First, a piezoelectric nanomaterial according to the first aspect is formed
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압전 나노 소재는 나노 소재의 표면에 리간드를 형성시킴으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the piezoelectric nanomaterial may be formed by forming a ligand on the surface of the nanomaterial, but is not limited thereto.
이와 관련하여, 상기 압전 나노 소재의 형성 과정은 대칭성 슬래브 모델(symmetric slab model)을 따를 수 있다. 상기 대칭성 슬래브 모델은 동일한 측면 구조를 가지며, 소재의 계면, 상기 계면에서 발생하는 현상 및/또는 특성을 모사하기 위해 사용되는 모델을 의미한다.In this regard, the process of forming the piezoelectric nanomaterial may follow a symmetric slab model. The symmetrical slab model has the same lateral structure and refers to a model used to simulate an interface of a material, a phenomenon occurring at the interface, and/or a characteristic.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 상기 나노 소재의 표면에 화학적으로 흡착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ligand may be chemically adsorbed to the surface of the nanomaterial, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학적 흡착은 배위결합, 공유결합, 이온결합, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the chemical adsorption may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of a coordination bond, a covalent bond, an ionic bond, and combinations thereof.
이어서, 상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시킨다.Then, a predetermined displacement is generated by applying pressure to the piezoelectric nanomaterial.
이와 관련하여, 상기 압전 나노 소재에 가해지는 압력은 실제의 물리적 현상을 의미할 수 있고, 컴퓨터 프로그램을 통해 가해지는 압력을 의미할 수도 있다. In this regard, the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial may mean an actual physical phenomenon or may mean a pressure applied through a computer program.
상기 압전 나노 소재는 상기 리간드가 흡착된 상기 나노 소재를 포함하기 때문에, 상기 압력에 의해 상기 리간드 및/또는 상기 나노 소재의 형상이 변화될 수 있다.Since the piezoelectric nanomaterial includes the nanomaterial to which the ligand is adsorbed, the shape of the ligand and/or the nanomaterial may be changed by the pressure.
이어서, 상기 변위를 통해 상기 압력을 계산한다.Then, the pressure is calculated through the displacement.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압력을 계산하는 원리는 DFT(Density functional theory), VASP(Vienna Ab initio Simulation Package), 제 1 원리법(Ab initio), 하트리-포크(Hartree-Fock), MCSCF(Multi-configurational self-consistent field), MRCI(Multi-reference configuration interaction), NEVPT(n-electron valence state perturbation theory), CASPTn(Complete active space perturbation theory), SUMR-CC(State universal multi-reference coupled-cluster theory), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the principle of calculating the pressure is DFT (Density functional theory), VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), the first principle method (Ab initio), Hartree-Fock (Hartree-Fock), MCSCF (Multi-configurational self-consistent field), MRCI (Multi-reference configuration interaction), NEVPT (n-electron valence state perturbation theory), CASPTn (Complete active space perturbation theory), SUMR-CC (State universal multi-reference coupled) -cluster theory), and may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 압력을 계산하는 원리는 기본적으로 제 1 원리법 및 DFT 을 토대로 발전된 것이다. 상기 제 1 원리법은 슈뢰딩거 방정식을 통해 원자 또는 분자의 위치, 상태 등을 계산하는 것이기 때문에, 다뤄야 할 입자의 수가 증가하면 상기 증가량의 4 제곱에 비례하여 필요한 계산의 수가 증가하는 단점이 존재한다. 상기 계산의 수는 압력 등을 계산하기 위해 필요한 시간과 직관된 것이기 때문에, VASP, DFT 등의 이론을 통해 본원과 같은 나노 소재의 상태, 위치, 형상 등을 계산할 수 있게 되었다.The principle of calculating the pressure is basically developed based on the first principle method and DFT. Since the first principle method calculates the position, state, etc. of atoms or molecules through the Schrödinger equation, if the number of particles to be handled increases, the number of calculations required increases in proportion to the fourth power of the increase. Since the number of calculations is intuitively related to the time required to calculate the pressure, etc., it is possible to calculate the state, position, shape, etc. of the nanomaterial as in the present application through theories such as VASP and DFT.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절 또는 계산되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:According to one embodiment of the present application, the external pressure may be adjusted or calculated by the following relation 1, but is not limited thereto:
[관계식 1][Relational Expression 1]
P=-(∂E/∂Ω)T P=-(∂E/∂Ω) T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 온도임).(In Relation 1, Ω is volume and T is temperature).
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
[실시예] 압전 나노 소재 모델링[Example] Piezoelectric nano material modeling
나노 소재 계면 구조를 모사하기 위해 대칭성 슬래브 모델(symmetric slab model)을 이용하여 나노 소재 표면에 유기 리간드를 흡착시켰다. 상기 나노 소재는 ZnS 나노 입자(a=5.4492 Å) 기반 계면 쌍극자가 없는 양이온-이량체(cation-dimerized) (100) (2x2)를 사용하고, 상기 유무기 리간드는 배위 결합 및 쌍극자 모멘트를 갖는 피리딘을 사용하였다. 밀도범함수이론(Density Functional Theory, DFT)을 바탕으로 VASP(Vienna Ab initio Simulation Package) 코드를 이용하여 각 시스템의 총 에너지 및 전자구조 계산을 수행하였다. 흡착된 유기 리간드와 슬래브 간의 거리(d)를 정의하여 거리 변화에 따른 부피 변화를 가정하였다 (단, 단위 정 고정/ 스래이브 간의 거리 > 15 Å).In order to simulate the nanomaterial interface structure, organic ligands were adsorbed on the surface of the nanomaterial using a symmetric slab model. As the nanomaterial, a cation-dimerized (100) (2x2) without interfacial dipole based on ZnS nanoparticles (a=5.4492 Å) is used, and the organic-inorganic ligand is pyridine having a coordination bond and a dipole moment. was used. Based on Density Functional Theory (DFT), VASP (Vienna Ab initio Simulation Package) code was used to calculate the total energy and electronic structure of each system. By defining the distance ( d ) between the adsorbed organic ligand and the slab, the volume change according to the change in distance was assumed (however, fixed unit fixed/distance between slabs > 15 Å).
도 2 는 본원의 일 구현예에 따라 대칭성 슬래브 모델(Symmetric slab model)을 이용하여 압전 나노 소재를 모델링한 도면이다.2 is a diagram illustrating a piezoelectric nanomaterial modeling using a symmetric slab model according to an exemplary embodiment of the present application.
[실험예 1] : 열역학적 분석을 이용한 외부 압력 추정[Experimental Example 1]: External pressure estimation using thermodynamic analysis
도 3 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 부피 변화에 따른 시스템의 총 에너지 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 부피 변화에 따른 외부 압력을 추정한 그래프이다.Figure 3 (a) is a graph showing the total energy change of the system according to the volume change of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 3 (b) is a piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application It is a graph estimating the external pressure according to the volume change.
도 3 의 (a) 및 (b)를 참조하면, 밀도범함수이론(Density Functional Theory; DFT)을 바탕으로 ab initio 양자 계산법을 활용하여 시스템의 DFT 총 에너지 계산을 수행하였으며, 앞서 정의한 거리 d 를 조절하여 부피 변화를 모사하였다. 부피 변화에 따른 에너지 함수를 포물선 피팅(parabolic fitting) 하였고, 하기 관계식 1 을 이용하여 외부 압력을 추산하였다.Referring to (a) and (b) of FIG. 3 , the DFT total energy calculation of the system was performed using the ab initio quantum calculation method based on Density Functional Theory (DFT), and the previously defined distance d was adjusted to simulate the volume change. The energy function according to the volume change was parabolic-fitted, and the external pressure was estimated using the following Relational Equation 1.
[관계식 1][Relational Expression 1]
P=-(∂E/∂Ω)T P=-(∂E/∂Ω) T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 부피임).(In Relation 1, Ω is the volume and T is the volume).
[실험예 2] : 압력에 따른 에너지 준위 변화 재현[Experimental Example 2]: Reproduction of energy level change according to pressure
도 4 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 정전기전위 평균값 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 에너지 준위 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 4 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential according to the external pressure of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 4 (b) is the outside of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application It is a graph showing the change in energy level according to pressure.
도 4 의 (a) 및 (b)를 참조하면, 외부 압력에 의한 압전 나노 소재의 이온화 에너지(Ionization Energy; IE) 변화를 확인하기 위해, 각 시스템의 정전기전위의 평균값(averaged electrostatic potential)을 비교하고, 진공 준위(vacuum level) 정렬을 수행하였다. 이온화 에너지(IE)는 진공 준위와 원자가띠 차이로 정의되며, 압력에 따른 이온화 에너지(IE) 값을 계산하였고, 원자가띠 준위로 나타내었다. 외부 압력 변화에 따른 에너지 띠간격(Energy band gap)의 연속적인 에너지 준위 변화(continuous energy level shift)를 확인하였다.4 (a) and (b), in order to confirm the change in ionization energy (IE) of the piezoelectric nanomaterial by external pressure, the average value of the electrostatic potential of each system (averaged electrostatic potential) is compared and vacuum level alignment was performed. The ionization energy (IE) is defined as the difference between the vacuum level and the valence band, and the ionization energy (IE) value according to the pressure was calculated and expressed as the valence band level. A continuous energy level shift of the energy band gap according to the external pressure change was confirmed.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 압전 나노 소재를 모델링한 도면이다. 5 is a view modeling a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application.
도 6 의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 의한 리간드 뒤틀림 정도에 따른 정전기전위 평균값 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6 의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 압전 나노 소재의 리간드 뒤틀림 정도에 따른 에너지 준위 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 6 (a) is a graph showing the change in the average value of the electrostatic potential according to the degree of distortion of the ligand by the external pressure of the piezoelectric nano material according to an embodiment of the present application, Figure 6 (b) is a graph according to an embodiment of the present application It is a graph showing the change in energy level according to the degree of distortion of the ligand of the piezoelectric nanomaterial.
도 5, 및 도 6 의 (a) 및 (b)를 참조하면, 압전 나노 소재 모사를 위해 외부 압력에 의해 상기 나노 소재 상에 형성된 리간드가 뒤틀려서 존재하는 것으로 가정하여, 상기 리간드가 뒤틀린 정도(θ)에 따른 정전기전위 평균값 변화를 비교하였다. 상기 θ 의 값이 커질수록, 진공 준위를 기준으로 정렬된 디락 포인트(Dirac point)가 진공 준위에 가까워지는 것을 확인하였고, 압전 나노 소재의 리간드 뒤틀림 정도에 따른 연속적인 에너지 준위 변화를 확인하였다.Referring to FIGS. 5 and 6 (a) and (b), it is assumed that the ligand formed on the nano-material is distorted by external pressure for simulating the piezoelectric nano-material, and the degree of distortion of the ligand ( The change in the mean value of the electrostatic potential according to θ) was compared. As the value of θ increased, it was confirmed that the Dirac points aligned with respect to the vacuum level approached the vacuum level, and the continuous energy level change according to the degree of distortion of the ligand of the piezoelectric nanomaterial was confirmed.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
Claims (14)
나노 소재; 및
상기 나노 소재 상에 형성된 리간드;
를 포함하고,
상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule)이고,
상기 압전 나노 소재에 가해진 압력에 의해 상기 리간드의 쌍극자의 크기가 조절되고,
상기 압력에 의해 상기 나노 소재의 이온화 에너지 또는 상기 나노 소재의 에너지 준위가 변화하는 것인,
압전 나노 소재.
In the piezoelectric nanomaterial,
nano material; and
a ligand formed on the nanomaterial;
including,
The ligand is a polar molecule having a dipole moment property,
The size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial,
That the ionization energy of the nano-material or the energy level of the nano-material is changed by the pressure,
Piezoelectric nanomaterials.
상기 리간드는 공유 결합, 이온 결합, 또는 배위 결합에 의해 상기 나노 소재 상에 형성된 것인, 압전 나노 소재.
The method of claim 1,
The ligand is a piezoelectric nanomaterial that is formed on the nanomaterial by a covalent bond, an ionic bond, or a coordination bond.
상기 리간드는 피리딘(pyridine), 벤젠티올(benzenthiol), Lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE(Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF 올리고머(Vinylidene fluoride oligimer), 완전 수소첨가 그래핀(fully hydrogenated graphene), 불소화-그래핀(fluorinated-graphene), PHZ-H2ca(phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba(phenazine-bromanilic acid), 티오르(thiol), TTF-CA(tetrathiafulvalene-p-chloranil), 로쉘염(Rochelle salt), TGS(triglycine sulfate), KH2PO4, PZT, BiFeO3, BaTiO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
The method of claim 1,
The ligand is pyridine, benzenethiol, lithium 3-[2-(perfluoroalkyl)ethylthio]propionate, PVDF-TrFE (Poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), VDF oligomer (Vinylidene fluoride oligimer), Fully hydrogenated graphene, fluorinated-graphene, PHZ-H2ca (phenazine-chloranilic acid), PHZ-H2ba (phenazine-bromanilic acid), thiol, TTF-CA (tetrathiafulvalene-p-chloranil), Rochelle salt, triglycine sulfate (TGS), KH 2 PO 4 , PZT, BiFeO 3 , BaTiO 3 , and combinations thereof. Piezoelectric nanomaterials.
상기 나노 소재는 0 차원, 1 차원, 2 차원 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
The method of claim 1,
The nanomaterial is a piezoelectric nanomaterial comprising a structure selected from the group consisting of zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional, and combinations thereof.
상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
6. The method of claim 5,
The zero-dimensional structure will include quantum dots, piezoelectric nanomaterial.
상기 양자점은 ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InSb, PbTe, Si, Ge 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 양자점을 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
7. The method of claim 6,
The quantum dots are ZnS, ZnSe, InP, InAs, PbS, PbSe, CdS, CdSe, CdTe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InSb, PbTe, Si, Ge And a piezoelectric nanomaterial comprising a quantum dot selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 1 차원 구조는 나노 튜브, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 로드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
6. The method of claim 5,
The one-dimensional structure will include a structure selected from the group consisting of nanotubes, nanoparticles, nanowires, nanorods, and combinations thereof, piezoelectric nanomaterials.
상기 2 차원 구조는 그래핀, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, TaS2, TaSe2, TaTe2, 흑린 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
6. The method of claim 5,
The two-dimensional structure is graphene, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , TaS 2 , TaSe 2 , TaTe 2 , black phosphorus and combinations thereof. A piezoelectric nanomaterial comprising one selected from the group consisting of.
상기 압력 P 는 하기 관계식 1 에 의해 조절되는 것인, 압전 나노 소재:
[관계식 1]
P=-(∂E/∂Ω)T
(상기 관계식 1 에서, E 는 에너지이고, Ω 는 부피 및 T 는 온도임).
The method of claim 1,
The pressure P is to be controlled by the following relation 1, piezoelectric nanomaterial:
[Relational Expression 1]
P=-(∂E/∂Ω) T
(In Relation 1, E is energy, Ω is volume and T is temperature).
상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것인, 압전 나노 소재.
The method of claim 1,
The nano material is a semiconductor nano material, piezoelectric nano material.
A pressure sensor comprising the piezoelectric nanomaterial according to any one of claims 1, 3, to 10, and 12.
상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시키는 단계; 및
상기 변위를 통하여 상기 압력을 계산하는 단계;
를 포함하는
압력 측정 방법.
Forming a piezoelectric nanomaterial according to any one of claims 1, 3, to 10, and 12;
generating a predetermined displacement by applying pressure to the piezoelectric nanomaterial; and
calculating the pressure through the displacement;
containing
How to measure pressure.
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