KR20240018084A - Sustainable electronic device, manufacturing method thereof, and method for separating and recovering electrode and channel layer from sustainable electronic device - Google Patents

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KR20240018084A
KR20240018084A KR1020220095904A KR20220095904A KR20240018084A KR 20240018084 A KR20240018084 A KR 20240018084A KR 1020220095904 A KR1020220095904 A KR 1020220095904A KR 20220095904 A KR20220095904 A KR 20220095904A KR 20240018084 A KR20240018084 A KR 20240018084A
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주용호
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Abstract

본 발명은 생분해 및 재활용이 가능함과 함께 우수한 전기적 특성을 나타내는 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치는 유전특성을 구비하여 기판 및 게이트절연막의 기능을 수행하는 셀룰로오즈 복합체; 셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 구비된 채널층; 셀룰로오즈 복합체의 일측에 구비된 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 셀룰로오즈 복합체는, 다공성 구조의 셀룰로오즈 기재와, 상기 셀룰로오즈 기재에 고정화된 결정질 나노셀룰로오즈와 염으로 구성되며, 상기 염은 이온 상태로 존재한다. The present invention relates to a sustainable electronic device that is biodegradable and recyclable and exhibits excellent electrical properties, a method of manufacturing the same, and a method of separating and recovering electrodes and channel layers from the sustainable electronic device. The present invention relates to a sustainable electronic device according to the present invention. is a cellulose composite that has dielectric properties and functions as a substrate and gate insulating film; A channel layer provided on one side of the cellulose composite; It is characterized by comprising a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided on one side of the cellulose composite, wherein the cellulose composite is composed of a cellulose substrate with a porous structure, crystalline nanocellulose and salt immobilized on the cellulose substrate. and the salt exists in an ionic state.

Description

지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법{Sustainable electronic device, manufacturing method thereof, and method for separating and recovering electrode and channel layer from sustainable electronic device}Sustainable electronic device, manufacturing method thereof, and method for separating and recovering electrode and channel layer from sustainable electronic device}

본 발명은 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해 및 재활용이 가능함과 함께 우수한 전기적 특성을 나타내는 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sustainable electronic device and its manufacturing method, and to a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device. More specifically, a sustainable electronic device that is biodegradable and recyclable and exhibits excellent electrical properties. and a manufacturing method thereof and a method for separating and recovering electrodes and channel layers from sustainable electronic devices.

최근, 친환경에 대한 수요 및 당위에 따라 지속 가능한 전자장치(Sustainable electronics)에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 전자장치의 일부 부품을 재활용하고 있으나, 대다수의 부품은 폐기처리되고 있어 유해화학물질 및 유독성금속에 의한 환경오염 가능성이 상존한다. Recently, interest in sustainable electronics is increasing due to the demand and need for eco-friendliness. Currently, some parts of electronic devices are being recycled, but the majority of parts are disposed of, so there is always a possibility of environmental pollution by hazardous chemicals and toxic metals.

지속 가능한 전자장치에 대한 연구는 대부분 생분해에 초점이 맞추어져 있다. 예를 들어, 전자장치의 기판을 셀룰로오즈와 같은 생분해가 가능한 기판으로 대체하거나 일부 부품에 생분해성 물질을 적용하고 있다. 이에 반해, 전자장치의 칩을 구성하는 전극, 반도체물질 등에 대한 재활용은 미미한 수준이다. 부품 측면에서 전자장치에서 기판이 차지하는 비율이 99%인 것에 반해, 비용 측면에서는 전극, 반도체물질 등의 부품이 전자장치의 비용 대부분을 차지한다. 따라서, 지속 가능한 전자장치가 구현되기 위해서는 생분해와 재활용이 모두 고려되어야 한다. 즉, 전자장치의 부품들은 생분해 또는 재활용이 가능하도록 설계되어야 한다. Most research on sustainable electronics focuses on biodegradability. For example, the substrates of electronic devices are being replaced with biodegradable substrates such as cellulose, or biodegradable materials are being applied to some parts. In contrast, recycling of electrodes and semiconductor materials that make up the chips of electronic devices is at a minimal level. In terms of components, the substrate accounts for 99% of electronic devices, but in terms of cost, components such as electrodes and semiconductor materials account for most of the cost of electronic devices. Therefore, in order to implement sustainable electronic devices, both biodegradation and recycling must be considered. In other words, parts of electronic devices must be designed to be biodegradable or recyclable.

지속 가능한 전자장치는 생분해 및 재활용을 통한 친환경적인 목적 달성 이외에 전자장치 자체의 성능이 보장되어야 한다. 생분해 및 재활용이 가능하더라도 전자장치의 성능이 충분치 않다면 지속 가능한 전자장치에 대한 수요 창출은 한계가 있다. In addition to achieving eco-friendly goals through biodegradation and recycling, sustainable electronic devices must ensure the performance of the electronic device itself. Even if biodegradation and recycling are possible, there are limits to creating demand for sustainable electronic devices if the performance of the electronic devices is not sufficient.

생분해 등을 고려하여 셀룰로오즈를 기판으로 적용하는 등 재료 특성으로 인해 일반 전자장치에 비해 전기적 성능이 떨어지는 것이 현실이며, 이를 극복하기 위한 연구가 필요하다. The reality is that electrical performance is lower than that of general electronic devices due to material characteristics, such as the application of cellulose as a substrate in consideration of biodegradation, and research is needed to overcome this.

미국공개특허공보 US 2016-0198984호(2016. 07. 14. 공개)U.S. Patent Publication No. US 2016-0198984 (published on July 14, 2016) 한국등록특허공보 제2051213호(2019. 12. 03. 공고)Korean Patent Publication No. 2051213 (announced on December 3, 2019) 한국등록특허공보 제2306356(2021. 09. 30. 공고)Korean Patent Publication No. 2306356 (announced on September 30, 2021)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 생분해 및 재활용이 가능함과 함께 우수한 전기적 특성을 나타내는 지속 가능한 전자장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above problems, and its purpose is to provide a sustainable electronic device that is biodegradable and recyclable and exhibits excellent electrical properties.

또한, 본 발명은 지속 가능한 전자장치의 제조방법을 제공함과 함께 지속 가능한 전자장치로부터 전극과 반도체물질을 분리하고, 분리된 전극과 반도체물질을 재차 지속 가능한 전자장치의 부품으로 이용하는 기술을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention provides a method for manufacturing sustainable electronic devices, as well as a technology for separating electrodes and semiconductor materials from sustainable electronic devices and using the separated electrodes and semiconductor materials as components for sustainable electronic devices. There is another purpose.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치는 유전특성을 구비하여 기판 및 게이트절연막의 기능을 수행하는 셀룰로오즈 복합체; 셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 구비된 채널층; 셀룰로오즈 복합체의 일측에 구비된 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A sustainable electronic device according to the present invention for achieving the above object includes a cellulose composite that has dielectric properties and functions as a substrate and a gate insulating film; A channel layer provided on one side of the cellulose composite; It is characterized by comprising a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided on one side of the cellulose composite.

상기 셀룰로오즈 복합체는, 다공성 구조의 셀룰로오즈 기재와, 상기 셀룰로오즈 기재에 고정화된 결정질 나노셀룰로오즈와 염으로 구성되며, 상기 염은 이온 상태로 존재한다. The cellulose composite is composed of a porous cellulose substrate, crystalline nanocellulose immobilized on the cellulose substrate, and a salt, and the salt exists in an ionic state.

지속 가능한 전자장치는 -0.5V 게이트전압 조건에서 ION이 채널층 폭당 9.6μA mm-1 이상, ION/OFF가 102 이상, 전계효과이동도가 2.03cm2V-1s-1 이상이다. A sustainable electronic device has I ON greater than 9.6μA mm -1 per channel layer width, I ON/OFF greater than 10 2 , and field effect mobility greater than 2.03cm 2 V -1 s -1 under the condition of -0.5V gate voltage. .

상기 염은 NaCl이며, NaCl 농도는 10-4∼10-2M이다. The salt is NaCl, and the NaCl concentration is 10 -4 to 10 -2 M.

상기 채널층은 s-SWCNT로 이루어지고, 상기 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 그래핀으로 이루어진다. The channel layer is made of s-SWCNT, and the gate electrode, source electrode, and drain electrode are made of graphene.

셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 채널층이 구비되고, 채널층의 양단부 상에 각각 소스전극, 드레인전극이 구비되며, 셀룰로오즈 복합체의 다른 일면 상에 게이트전극이 구비되며, 상기 채널층은 s-SWCNT로 이루어지고, 상기 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 그래핀으로 이루어진다. A channel layer is provided on one side of the cellulose composite, a source electrode and a drain electrode are provided on both ends of the channel layer, and a gate electrode is provided on the other side of the cellulose composite, and the channel layer is made of s-SWCNT. Additionally, the gate electrode, source electrode, and drain electrode are made of graphene.

결정질 나노셀룰로오즈는 셀룰로오즈 기재의 기공에 채워지는 형태로 구비되어 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기를 저하시키며, 결정질 나노셀룰로오즈와 셀룰로오즈 기재는 수소결합을 이룬다. Crystalline nanocellulose is provided in a form that fills the pores of the cellulose substrate to reduce the surface roughness of the cellulose substrate, and the crystalline nanocellulose and the cellulose substrate form hydrogen bonds.

본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치의 제조방법은 셀룰로오즈 기재의 일면 상에 채널층을 형성하는 단계; 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈 및 염을 고정화시키는 단계; 셀룰로오즈 기재의 일측에 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈 및 염을 고정화시키는 단계;는, 셀룰로오즈 기재의 다른 일면 상에 결정질 나노셀룰로오즈가 포함된 슬러리를 코팅하는 과정과, 결정질 나노셀룰로오즈가 고정화된 셀룰로오즈 기재를 염 수용액에 침지시키는 과정을 포함하여 구성된다. The method of manufacturing a sustainable electronic device according to the present invention includes forming a channel layer on one side of a cellulose substrate; Immobilizing crystalline nanocellulose and salt on a cellulose substrate; It includes forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode on one side of the cellulose substrate, and immobilizing crystalline nanocellulose and salt on the cellulose substrate; forming crystalline nanocellulose on the other side of the cellulose substrate. It includes a process of coating the included slurry and a process of immersing the cellulose substrate on which crystalline nanocellulose is immobilized in an aqueous salt solution.

본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법은 초음파 처리를 통해 지속 가능한 전자장치로부터 채널층과 전극을 탈락시키는 단계; 열역학적 불안정성에 의해 상분리되는 두 종류의 고분자가 용해된 수용액을 준비하고, 상기 수용액에 탈락된 채널층 물질과 전극 물질의 혼합물을 투입하는 단계; 및 일정 시간 경과에 따라, 두 종류의 고분자는 수용액 내에서 상층과 하층으로 상분리되고, 채널층 물질은 상층으로 이동되고 전극 물질은 하층으로 이동되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The method for separating and recovering electrodes and channel layers from sustainable electronic devices according to the present invention includes removing the channel layers and electrodes from sustainable electronic devices through ultrasonic treatment; Preparing an aqueous solution in which two types of polymers that are phase-separated due to thermodynamic instability are dissolved, and adding a mixture of the fallen channel layer material and the electrode material to the aqueous solution; And over a certain period of time, the two types of polymers are phase separated into an upper layer and a lower layer in an aqueous solution, and the channel layer material is moved to the upper layer and the electrode material is moved to the lower layer.

상기 수용액에 계면활성제가 더 투입되며, 상기 계면활성제는 0.03∼0.2wt%의 농도로 투입될 수 있다. A surfactant is further added to the aqueous solution, and the surfactant may be added at a concentration of 0.03 to 0.2 wt%.

상기 두 종류의 고분자는 덱스트란(DX)와 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 적용할 수 있다. Dextran (DX) and polyethylene glycol (PEG) can be used as the above two types of polymers.

본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 부품을 회수하는 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The sustainable electronic device, its manufacturing method, and the method of recovering parts from the sustainable electronic device according to the present invention have the following effects.

높은 성능의 전계효과트랜지스터를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 전계효과트랜지스터를 구성하는 전극 및 채널층에 대해 높은 회수율로 분리, 회수할 수 있다. 이러한 특성은 지속 가능한 전자장치에 요구되는 생분해 및 재활용 그리고 우수한 전기적 특성을 모두 충족하는 것이다. Not only can a high-performance field effect transistor be implemented, but the electrode and channel layers that make up the field effect transistor can be separated and recovered at a high recovery rate. These properties satisfy all of the biodegradability, recycling, and excellent electrical properties required for sustainable electronic devices.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치의 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 6a는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 SEM 이미지.
도 6b는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 AFM(atomic force microscopy) 이미지.
도 6c 및 도 6d는 10-4M NaCl이 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 TEM 이미지.
도 6e 및 도 6f는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 X-선 회절결과.
도 7a 내지 도 7c는 실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터의 출력곡선 특성.
도 8a는 NaCl 몰농도에 따른 I-V 곡선을 나타낸 것.
도 8b는 주파수 변화에 따른 서로 다른 NaCl 몰농도가 적용된 전계효과트랜지스터의 정전용량 특성을 나타낸 것.
도 8c 및 도 8d는 실험예 1에 의해 제작된 전계효과트랜지스터의 NaCl 몰농도에 따른 ION/OFF 특성 및 전계효과이동도 특성을 각각 나타낸 것.
도 8e 및 도 8f는 실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터 및 기존 트랜지스터의 ION 특성 및 스위칭 특성을 비교하여 나타낸 것.
도 9는 계면활성제 SC 농도에 따른 그래핀과 s-SWCNT의 분리상태를 나타낸 사진.
도 10a 내지 도 10e는 실험예 4에 따른 전극 및 채널층의 회수 그리고 재생특성을 나타낸 것.
도 11a 내지 도 11e는 실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터의 굽힘 실험결과를 나타낸 것.
1 is a schematic diagram of a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a process schematic diagram for explaining a method of manufacturing a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart illustrating a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a process schematic diagram illustrating a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6a is an SEM image of the surface of a cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied.
Figure 6b is an atomic force microscopy (AFM) image of the surface of a cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied.
Figures 6c and 6d are TEM images of the surface of cellulose composite to which 10 -4 M NaCl was applied.
Figures 6e and 6f are X-ray diffraction results of a cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied.
7A to 7C show output curve characteristics of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1.
Figure 8a shows the IV curve according to NaCl molar concentration.
Figure 8b shows the capacitance characteristics of a field effect transistor to which different NaCl molar concentrations are applied according to frequency changes.
Figures 8c and 8d show I ON/OFF characteristics and field effect mobility characteristics according to NaCl molar concentration of the field effect transistor manufactured in Experimental Example 1, respectively.
Figures 8e and 8f show a comparison of the I ON characteristics and switching characteristics of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 and the existing transistor.
Figure 9 is a photograph showing the separation state of graphene and s-SWCNT according to the surfactant SC concentration.
Figures 10A to 10E show the recovery and regeneration characteristics of the electrode and channel layer according to Experimental Example 4.
Figures 11a to 11e show bending test results of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1.

본 발명은 우수한 전기적 특성을 갖는 지속 가능한 전자장치에 관한 기술 그리고 지속 가능한 전자장치에 적용된 부품인 전극과 반도체물질에 대한 회수 기술을 제시한다. The present invention presents technology for sustainable electronic devices with excellent electrical properties and recovery technology for electrodes and semiconductor materials, which are components applied to sustainable electronic devices.

앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 기술한 바와 같이, 지속 가능한 전자장치가 갖추어야 할 요건은 생분해, 재활용 등의 친환경적인 요소에 더해 전자장치의 우수한 성능이라 할 수 있는데, 기존의 지속 가능한 전자장치는 생분해에 초점이 맞추어져 있어 전극, 반도체물질 등 고가의 부품에 대한 재활용이 미미한 수준이며, 전자장치 자체의 성능도 재료의 한계를 극복하지 못하고 있다. As previously described in 'Technology behind the invention', the requirements for a sustainable electronic device are excellent performance of the electronic device in addition to environmentally friendly factors such as biodegradation and recycling. Existing sustainable electronic devices Because the focus is on biodegradation, recycling of expensive parts such as electrodes and semiconductor materials is minimal, and the performance of the electronic device itself cannot overcome the limitations of materials.

본 발명은 지속 가능한 전자장치에 요구되는 모든 요건을 충족시킬 수 있는 기술을 제시한다. 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치에 적용되는 부품들은 생분해 또는 재활용이 가능하며, 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치는 우수한 전기적 특성을 보장한다. The present invention presents a technology that can meet all requirements for sustainable electronic devices. Components applied to the sustainable electronic device according to the present invention are biodegradable or recyclable, and the sustainable electronic device according to the present invention ensures excellent electrical characteristics.

본 발명의 지속 가능한 전자장치는 전계효과트랜지스터(FET, field effect transistor)를 의미하며, 예시적으로 이온게이트형 전계효과트랜지스터(ion-gated FET)를 의미할 수 있다. The sustainable electronic device of the present invention refers to a field effect transistor (FET), and may, for example, refer to an ion-gated field effect transistor (ion-gated FET).

본 발명의 전계효과트랜지스터를 구성함에 있어서, 가장 핵심적인 요소는 기판과 게이트절연막으로 셀룰로오즈 복합체를 적용하는 것이라 할 수 있다. 또한, 본 발명의 전계효과트랜지스터에서 채널층으로 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)가 적용되고, 소스/드레인전극 및 게이트전극으로 그래핀(graphene)이 적용된다. In constructing the field effect transistor of the present invention, the most essential element is the application of cellulose composite as the substrate and gate insulating film. Additionally, in the field effect transistor of the present invention, carbon nanotubes (CNTs) are used as the channel layer, and graphene is used as the source/drain electrodes and gate electrodes.

탄소나노튜브와 그래핀의 전기적 특성은 익히 알려진 것임에 따라, 본 발명에 따른 전계효과트랜지스터의 전기적 특성은 트랜지스터의 기판과 게이트절연막 역할을 동시에 수행하는 셀룰로오즈 복합체의 특성에 좌우된다고 할 수 있다. 물론, 전계효과트랜지스터의 전기적 특성을 최적화하기 위해서는 셀룰로오즈 복합체 자체 뿐만 아니라 채널층과 전극으로 각각 적용되는 탄소나노튜브와 그래핀의 기하학적 형상, 물성 등을 최적화해야 함은 당연하다. As the electrical properties of carbon nanotubes and graphene are well known, it can be said that the electrical properties of the field effect transistor according to the present invention depend on the properties of the cellulose composite that simultaneously serves as the substrate and gate insulating film of the transistor. Of course, in order to optimize the electrical characteristics of a field-effect transistor, it is natural to optimize not only the cellulose composite itself, but also the geometric shape and physical properties of carbon nanotubes and graphene applied as the channel layer and electrode, respectively.

본 발명의 전계효과트랜지스터에 적용되는 셀룰로오즈 복합체는 채널층, 전극 등을 지지하는 기판으로서의 역할과, 유전체 특성을 바탕으로 한 게이트절연막으로서의 역할을 동시에 수행한다. The cellulose composite applied to the field effect transistor of the present invention simultaneously performs the role of a substrate supporting the channel layer and electrode, and the role of a gate insulating film based on dielectric properties.

본 발명에 적용되는 셀롤로오즈 복합체는 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈(CNC, crystalline nanocellulose)가 코팅됨과 함께 염이 도핑된 것이다. 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)는 셀룰로오즈 기재의 기공에 채워져 셀룰로오즈 기재와 수소결합을 이루어 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기를 낮추는 역할을 하며, 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기가 낮아짐은 전기적 특성이 향상됨을 의미한다. 셀룰로오즈 기재에 도핑된 염 예를 들어, NaCl은 셀룰로오즈 기재에 유전특성을 부여함과 함께 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 비정질화를 유도한다. 셀룰로오즈 기재에 도핑된 NaCl은 Na+과 Cl- 형태로 존재하며, 게이트전압 인가시 전기이중층(EDL) 형성에 의해 Na+과 Cl-이 분극되어 유전특성이 발생된다. 또한, 염에 의해 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 비정질화가 유도됨으로 인해 Na+과 Cl-의 이온 이동도가 증가되고, 이에 따라 Na+과 Cl-의 분극현상이 강화되어 셀룰로오즈의 유전특성이 향상된다. The cellulose complex applied to the present invention is a cellulose substrate coated with crystalline nanocellulose (CNC, crystalline nanocellulose) and doped with salt. Crystalline nanocellulose (CNC) fills the pores of the cellulose substrate and forms hydrogen bonds with the cellulose substrate to lower the surface roughness of the cellulose substrate. Lowering the surface roughness of the cellulose substrate means improved electrical properties. A salt doped into a cellulose substrate, such as NaCl, imparts dielectric properties to the cellulose substrate and induces amorphization of crystalline nanocellulose (CNC). NaCl doped into the cellulose substrate exists in the form of Na + and Cl - , and when a gate voltage is applied, Na + and Cl - are polarized by forming an electric double layer (EDL) to generate dielectric properties. In addition, amorphization of crystalline nanocellulose (CNC) is induced by salt, which increases the ion mobility of Na + and Cl - , thereby strengthening the polarization phenomenon of Na + and Cl - , thereby improving the dielectric properties of cellulose. .

이와 같이, 기판과 게이트절연막의 역할을 동시에 수행하는 셀룰로오즈 복합체를 적용함으로써 전계효과트랜지스터의 ION 특성, ION/OFF 및 전계효과이동도(field-effect mobility) 특성을 향상시킬 수 있으며, 이는 후술하는 실험예를 통해 확인된다. In this way, by applying a cellulose composite that simultaneously performs the role of a substrate and a gate insulating film, the I ON characteristics, I ON/OFF , and field-effect mobility characteristics of the field-effect transistor can be improved, which will be described later. This is confirmed through an experimental example.

한편, 소스/드레인 전극 및 게이트전극으로 적용된 그래핀과, 채널층으로 적용된 탄소나노튜브는 수성이상추출법(ATPE, aqueous two-phase extraction)에 의해 각각 분리, 회수될 수 있으며, 회수된 그래핀과 탄소나노튜브는 지속 가능한 전자장치의 전극 및 채널층으로 재차 적용될 수 있다. 후술하는 실험예에서는 그래핀과 탄소나노튜브의 지속 가능한 전자장치로의 적용 및 회수를 5회 실시하였고, 5회째 회수시 그래핀과 탄소나노튜브의 회수율은 약 90%에 달했다. Meanwhile, the graphene applied as the source/drain electrode and the gate electrode, and the carbon nanotube applied as the channel layer can be separated and recovered respectively by aqueous two-phase extraction (ATPE), and the recovered graphene and Carbon nanotubes can be reapplied as electrodes and channel layers in sustainable electronic devices. In the experimental example described later, the application and recovery of graphene and carbon nanotubes to sustainable electronic devices were performed five times, and the recovery rate of graphene and carbon nanotubes reached about 90% at the fifth recovery.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 부품을 회수하는 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a sustainable electronic device, a method of manufacturing the same, and a method of recovering parts from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치는 전계효과트랜지스터의 형태를 이룬다. 정확히는, 백게이트(back gate) 구조의 이온게이트형 전계효과트랜지스터(ion-gated FET)의 형태를 이룬다. 앞서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치는 전계효과트랜지스터를 의미하며, 일 실시예로 이온게이트형 전계효과트랜지스터를 예시하였으나, 트랜지스터의 기판과 게이트절연막을 셀룰로오즈 복합체로 대체하는 것을 만족한다는 전제 하에 다양한 구조의 전계효과트랜지스터가 본 발명의 지속 가능한 전자장치에 해당될 수 있다. Referring to Figure 1, a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention takes the form of a field effect transistor. To be precise, it takes the form of an ion-gated field effect transistor (ion-gated FET) with a back gate structure. As mentioned earlier, the sustainable electronic device according to the present invention refers to a field effect transistor, and an ion gate type field effect transistor is illustrated as an example, but it is satisfied to replace the substrate and gate insulating film of the transistor with a cellulose composite. Under the premise that field-effect transistors of various structures may be applicable to the sustainable electronic device of the present invention.

도 1에 도시한 지속 가능한 전자장치 즉, 전계효과트랜지스터는 셀룰로오즈 복합체를 구비함과 함께 채널층 및 전극을 구비한다. The sustainable electronic device shown in FIG. 1, that is, the field effect transistor, includes a cellulose composite and includes a channel layer and an electrode.

셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 채널층이 구비되고, 채널층의 양단부 상에 각각 소스전극, 드레인전극이 이격되어 구비된다. 또한, 셀룰로오즈 복합체의 다른 일면 상에 게이트전극이 구비된다. A channel layer is provided on one side of the cellulose composite, and source electrodes and drain electrodes are provided on both ends of the channel layer to be spaced apart from each other. Additionally, a gate electrode is provided on the other side of the cellulose composite.

셀룰로오즈 복합체는 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 염 예를 들어, NaCl이 포함된 구조를 이룬다. 셀룰로오즈 기재는 기판 형상의 다공성 셀룰로오즈로서 일 실시예로, 셀룰로오즈 필터페이퍼(CFP, cellulose filter paper)를 이용할 수 있다. 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)는 셀룰로오즈 기재의 기공에 채워지는 형태로 구비되고, NaCl은 해리되어 Na+, Cl-의 이온 형태로 존재한다. 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)는 슬러리 형태로 셀룰로오즈 기재에 코팅되고, Na+과 Cl-은 NaCl 용액에 셀룰로오즈 기재를 침지시키는 방식으로 셀룰로오즈 기재에 고정화될 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 지속 가능한 전자장치의 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다. The cellulose complex is composed of crystalline nanocellulose (CNC) and a salt, such as NaCl, on a cellulose substrate. The cellulose substrate is porous cellulose in the shape of a substrate, and as an example, cellulose filter paper (CFP, cellulose filter paper) can be used. Crystalline nanocellulose (CNC) is provided in a form that fills the pores of the cellulose base, and NaCl is dissociated and exists in the form of Na + and Cl - ions. Crystalline nanocellulose (CNC) is coated on a cellulose substrate in slurry form, and Na + and Cl - can be immobilized on the cellulose substrate by immersing the cellulose substrate in a NaCl solution. This will be explained in detail in the sustainable electronic device manufacturing method described later.

셀룰로오즈 기재에 고정화된 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 염은 셀룰로오즈 기재에 유전특성을 부여함과 함께 전계효과트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키는 역할을 한다. Crystalline nanocellulose (CNC) and salt immobilized on the cellulose substrate provide dielectric properties to the cellulose substrate and play a role in improving the electrical properties of the field-effect transistor.

구체적으로, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)는 셀룰로오즈 기재의 기공에 채워지는 형태로 구비되어 셀룰로오즈 기재와 수소결합을 이루며, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 셀룰로오즈 기재의 수소결합에 의해 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기가 작아진다. Specifically, crystalline nanocellulose (CNC) is provided in a form that fills the pores of the cellulose substrate and forms hydrogen bonds with the cellulose substrate, and the surface roughness of the cellulose substrate is small due to the hydrogen bond between crystalline nanocellulose (CNC) and the cellulose substrate. Lose.

셀룰로오즈 기재에 도핑된 염 예를 들어, NaCl은 셀룰로오즈 기재에 유전특성을 부여한다. 셀룰로오즈 기재에 도핑된 Na+, Cl-은 게이트전압 인가시 전기이중층 형성에 의해 분극되며, 이로 인해 셀룰로오즈 기재에 유전특성이 부여된다. 또한, 셀룰로오즈 기재에 도핑된 Na+, Cl-은 결정질 나노셀룰로오즈의 비정질화를 유도하며, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 비정질화로 인해 Na+과 Cl-의 이온 이동도가 증가된다. Na+과 Cl-의 이온 이동도가 증가됨에 따라 상술한 Na+과 Cl-의 분극현상이 강화되어 셀룰로오즈의 유전특성이 향상된다. NaCl 농도 증가에 따라 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)가 비정질화되는 현상은 후술하는 실험예의 XRD 결과를 통해 확인할 수 있으며, NaCl 농도 증가에 따라 셀룰로오즈 기재 즉, 셀룰로오즈 복합체의 정전용량이 증가되는 것 역시 후술하는 실험예를 통해 확인할 수 있다. Salts doped into the cellulose substrate, such as NaCl, impart dielectric properties to the cellulose substrate. Na + and Cl - doped into the cellulose substrate are polarized by forming an electric double layer when a gate voltage is applied, thereby imparting dielectric properties to the cellulose substrate. In addition, Na + and Cl - doped into the cellulose substrate induce amorphization of crystalline nanocellulose, and amorphization of crystalline nanocellulose (CNC) increases the ion mobility of Na + and Cl - . As the ion mobility of Na + and Cl - increases, the above-mentioned polarization phenomenon of Na + and Cl - is strengthened, thereby improving the dielectric properties of cellulose. The phenomenon of crystalline nanocellulose (CNC) becoming amorphous as the NaCl concentration increases can be confirmed through the This can be confirmed through an experimental example.

이와 같이, 셀룰로오즈 복합체에 유전특성이 부여됨에 따라, 셀룰로오즈 복합체는 트랜지스터의 기판 역할 뿐만 아니라 게이트절연막의 역할을 수행할 수 있다. As dielectric properties are imparted to the cellulose composite, the cellulose composite can serve not only as a substrate for the transistor but also as a gate insulating film.

한편, 셀룰로오즈 기재에 도핑되는 NaCl의 농도에 따라 셀룰로오즈 복합체의 유전특성 및 전계효과트랜지스터의 전기적 특성이 달라진다. 후술하는 실험예를 참조하면, 셀룰로오즈 복합체의 정전용량은 NaCl 농도 증가에 따라 함께 증가되는 경향을 나타내며, ION/OFF 특성의 경우 NaCl 농도가 10-4M 이상이 되면 급격히 저하되고, 전계효과이동도의 경우 NaCl 농도가 10-4∼10-2M인 범위에서 최적의 특성을 나타내는 반면 10-2M을 넘어서게 되면 전계효과이동도가 매우 작아지는 현상을 나타낸다. 이러한 실험결과에 근거하여, 셀룰로오즈 복합체의 유전특성 및 전계효과트랜지스터의 전기적 특성을 복합적으로 고려하면 NaCl 농도가 10-4M인 조건이 가장 바람직하며, 차선으로 NaCl 농도가 10-4∼10-2M인 범위를 적용하여도 일정 수준 이상의 전기적 특성을 나타냄을 알 수 있다. Meanwhile, the dielectric properties of the cellulose composite and the electrical properties of the field effect transistor vary depending on the concentration of NaCl doped into the cellulose substrate. Referring to the experimental examples described later, the capacitance of the cellulose composite tends to increase with increasing NaCl concentration, and in the case of I ON/OFF characteristics, it rapidly decreases when the NaCl concentration exceeds 10 -4 M, and the electric field effect transfer In the case of degrees, optimal characteristics are shown when the NaCl concentration is in the range of 10 -4 to 10 -2 M, while when it exceeds 10 -2 M, the field effect mobility becomes very small. Based on these experimental results, considering the dielectric properties of the cellulose composite and the electrical properties of the field-effect transistor, a NaCl concentration of 10 -4 M is most desirable, and the next best solution is a NaCl concentration of 10 -4 to 10 -2. It can be seen that even when the range M is applied, electrical characteristics are shown above a certain level.

셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 구비된 채널층은 반도체 특성을 갖는 탄소나노튜브 집합체로 구성할 수 있다. 일 실시예로, 반도체 특성을 갖는 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 채널층을 구성할 수 있다. 또한, 채널층의 양단부 상에 각각 구비되는 소스전극, 드레인전극 그리고 셀룰로오즈 복합체의 다른 일면 상에 구비되는 게이트전극은 그래핀(graphene)으로 구성할 수 있다. The channel layer provided on one side of the cellulose composite may be composed of a carbon nanotube assembly with semiconductor properties. In one embodiment, the channel layer may be made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) having semiconductor properties. Additionally, the source electrode and drain electrode provided on both ends of the channel layer, and the gate electrode provided on the other side of the cellulose composite may be made of graphene.

단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 이루어지는 채널층은 전계효과트랜지스터의 성능에 중요한 영향을 미치는 인자인 바, 채널층을 구성하는 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)의 밀도를 최적화할 필요가 있다. 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)의 밀도가 너무 높으면 IOFF가 증가되고 ION/OFF가 낮아지며, 반면 밀도가 너무 낮으면 퍼콜레이팅 네트워크(percolating network)가 형성되지 않아 단락(short)이 발생될 수 있다. 후술하는 실험예에서는 용액공정을 통해 채널층을 형성함에 있어서 채널층의 폭과 길이를 각각 5mm, 3mm로 특정하고, 0.01mg/ml 농도의 s-SWCNT를 0.25∼1ml로 조절하는 방식으로 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)의 밀도를 제어하였으며, 그 결과 -0.5V의 게이트전압에서 Ion/off가 102 이상인 결과를 얻었다(이 때, ION는 47.8 μA로 측정되었음). The channel layer made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) is a factor that significantly affects the performance of the field-effect transistor, so it is necessary to optimize the density of the single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) that make up the channel layer. There is. If the density of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNT) is too high, I OFF increases and I ON/OFF decreases, while if the density is too low, a percolating network is not formed and a short occurs. It can be. In the experimental example described later, when forming a channel layer through a solution process, the width and length of the channel layer are specified as 5 mm and 3 mm, respectively, and the s-SWCNT concentration of 0.01 mg/ml is adjusted to 0.25 to 1 ml to form a single-walled layer. The density of carbon nanotubes (s-SWCNT) was controlled, and as a result, I on/off was more than 10 2 at a gate voltage of -0.5V (at this time, I ON was measured at 47.8 μA).

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. Above, a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention has been described. Next, a method for manufacturing a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 셀룰로오즈 기재를 준비한다(S201). 기판 형상의 다공성 셀룰로오즈로서 일 실시예로, 셀룰로오즈 필터페이퍼(CFP, cellulose filter paper)를 이용할 수 있다. 셀룰로오즈 기재의 두께 및 기공크기는 특별히 한정되지는 않으나 후술하는 실험예에서는 두께 40㎛, 기공크기 0.2㎛의 셀룰로오즈 필터페이퍼를 사용하였다. First, prepare a cellulose substrate as shown in Figures 2 and 3 (S201). As an example, cellulose filter paper (CFP) can be used as a porous cellulose in the shape of a substrate. The thickness and pore size of the cellulose substrate are not particularly limited, but in the experimental examples described later, cellulose filter paper with a thickness of 40 μm and a pore size of 0.2 μm was used.

셀룰로오즈 기재가 준비된 상태에서, 셀룰로오즈 기재의 일면 상에 반도체 특성을 갖는 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 이루어지는 채널층을 형성한다(S202). 상기 채널층 및 후술하는 결정질 나노셀룰로오즈(CNC), 전극층은 모두 용액기반공정으로 형성할 수 있다. With the cellulose substrate prepared, a channel layer made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNT) with semiconductor properties is formed on one side of the cellulose substrate (S202). The channel layer, crystalline nanocellulose (CNC) described later, and electrode layer can all be formed through a solution-based process.

채널층 형성을 위해 단일벽탄소나노튜브 용액을 준비하고, 진공여과장치를 통해 단일벽탄소나노튜브 용액을 여과시킴으로써 셀룰로오즈 기재의 일면 상에 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 이루어진 채널층을 형성할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 채널층을 구성하는 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)의 밀도는 본 발명의 전계효과트랜지스터의 전기적 특성에 밀접한 영향을 끼치며, 일 실시예로 0.01mg/ml 농도의 s-SWCNT 용액 0.25∼1ml를 진공여과하여 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 이루어진 채널층을 형성할 수 있다. To form a channel layer, a single-walled carbon nanotube solution was prepared, and the single-walled carbon nanotube solution was filtered through a vacuum filtration device to form a channel layer made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) on one side of the cellulose substrate. can be formed. As described above, the density of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) constituting the channel layer has a close influence on the electrical characteristics of the field-effect transistor of the present invention. In one embodiment, the density of s-SWCNTs at a concentration of 0.01 mg/ml -A channel layer made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNTs) can be formed by vacuum filtering 0.25 to 1 ml of the SWCNT solution.

셀룰로오즈 기재의 일면 상에 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)로 이루어진 채널층이 형성된 상태에서, 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 염을 고정화시키는 과정을 진행한다(S203)(S204). With a channel layer made of single-walled carbon nanotubes (s-SWCNT) formed on one side of the cellulose substrate, a process of immobilizing crystalline nanocellulose (CNC) and salt on the cellulose substrate is performed (S203) (S204).

구체적으로, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)가 일정 농도로 포함되어 있는 CNC 슬러리를 준비하고, 셀룰로오즈 기재의 다른 일면 상에 CNC 슬러리를 도포함으로써 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)를 고정화시킨다(S203). CNC 슬러리에서 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 농도는 2∼10wt%로 설정할 수 있다. 이 때, 채널층과 마찬가지로 진공여과법을 이용하여 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)를 고정화시킬 수 있다. Specifically, a CNC slurry containing crystalline nanocellulose (CNC) at a certain concentration is prepared, and the CNC slurry is applied on the other side of the cellulose substrate to immobilize the crystalline nanocellulose (CNC) on the cellulose substrate (S203). The concentration of crystalline nanocellulose (CNC) in the CNC slurry can be set to 2 to 10 wt%. At this time, like the channel layer, crystalline nanocellulose (CNC) can be immobilized using vacuum filtration.

결정질 나노셀룰로오즈(CNC)는 셀룰로오즈 기재의 기공을 메우는 형태로 고정화되며, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 셀룰로오즈 기재는 수소결합을 이룬다. 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 셀룰로오즈 기재의 수소결합에 의해 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기가 작아져 전계효과트랜지스터의 전기적 특성이 향상된다. Crystalline nanocellulose (CNC) is immobilized in a form that fills the pores of the cellulose substrate, and the crystalline nanocellulose (CNC) and the cellulose substrate form hydrogen bonds. Hydrogen bonding between crystalline nanocellulose (CNC) and the cellulose substrate reduces the surface roughness of the cellulose substrate, improving the electrical properties of the field effect transistor.

결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 고정화 과정이 완료되면, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)가 고정화된 셀룰로오즈 기재를 염 용액 예를 들어, NaCl 용액에 침지시킨다(S204). 이에 따라, 해리된 Na+, Cl- 이온이 셀룰로오즈 기재에 도핑된다. When the crystalline nanocellulose (CNC) immobilization process is completed, the cellulose substrate on which the crystalline nanocellulose (CNC) is immobilized is immersed in a salt solution, for example, a NaCl solution (S204). Accordingly, the dissociated Na + and Cl - ions are doped into the cellulose substrate.

전계효과트랜지스터에 게이트전압이 인가되면 셀룰로오즈 기재에 도핑된 Na+, Cl- 이온은 전기이중층(EDL) 형성에 의해 분극되어 셀룰로오즈 기재에 유전특성을 부여한다. 이와 함께, 셀룰로오즈 기재에 도핑된 Na+, Cl-은 결정질 나노셀룰로오즈의 비정질화를 유도하여 Na+과 Cl-의 이온 이동도가 증가시키며, 이에 따라 셀룰로오즈 기재의 유전특성이 강화된다. When a gate voltage is applied to the field effect transistor, the Na + and Cl - ions doped into the cellulose substrate are polarized by forming an electric double layer (EDL), giving dielectric properties to the cellulose substrate. At the same time, Na + and Cl - doped into the cellulose substrate induce amorphization of the crystalline nanocellulose, increasing the ion mobility of Na + and Cl - , thereby strengthening the dielectric properties of the cellulose substrate.

상술한 바와 같은 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 염의 고정화 과정에 의해 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 염이 고정화된 셀룰로오즈 복합체가 형성된다. 상기 셀룰로오즈 복합체는 채널층, 전극 등을 지지하는 기판으로서의 역할 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 유전특성이 부여됨에 따라 게이트절연막으로서의 역할을 동시에 수행한다. Through the immobilization process of crystalline nanocellulose (CNC) and salt as described above, a cellulose complex in which crystalline nanocellulose (CNC) and salt are immobilized on a cellulose substrate is formed. The cellulose composite not only serves as a substrate supporting the channel layer and electrode, but also serves as a gate insulating film as it is given dielectric properties as described above.

셀룰로오즈 복합체가 형성된 상태에서 전극 형성 과정을 진행한다(S205). 구체적으로, 채널층의 양단부 각각에 소스전극, 드레인전극을 형성하고, 그 반대편의 셀룰로오즈 복합체 상에 게이트전극을 형성한다. 소스전극, 드레인전극 및 게이트전극은 그래핀으로 이루어지며, 그래핀이 분산된 용액을 드롭캐스팅(drop casting)하여 소스전극, 드레인전극 및 게이트전극을 형성할 수 있다. With the cellulose complex formed, the electrode formation process proceeds (S205). Specifically, a source electrode and a drain electrode are formed at each end of the channel layer, and a gate electrode is formed on the cellulose composite on the opposite side. The source electrode, drain electrode, and gate electrode are made of graphene, and the source electrode, drain electrode, and gate electrode can be formed by drop casting a solution in which graphene is dispersed.

상술한 일련의 공정을 통해 셀룰로오즈 복합체, 채널층, 전극으로 이루어지는 전계효과트랜지스터 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치의 제조가 완료된다. 이 때, 셀룰로오즈 복합체는 기판과 게이트절연막의 역할을 동시에 수행한다. Through the series of processes described above, the manufacture of a field effect transistor consisting of a cellulose composite, a channel layer, and an electrode, that is, a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention, is completed. At this time, the cellulose composite simultaneously serves as a substrate and a gate insulating film.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이다. Above, a sustainable electronic device and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention have been described. Below, a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating an electrode and a channel layer from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention. This is a process schematic diagram to explain how to separate and recover the channel layer.

도 4를 참조하면, 지속 가능한 전자장치로부터 전극과 채널층을 추출하는 과정을 진행한다(S401). Referring to FIG. 4, the process of extracting electrodes and channel layers from a sustainable electronic device is performed (S401).

구체적으로, 초음파반응조에 지속 가능한 전자장치를 넣고 초음파 처리하여 지속 가능한 전자장치로부터 전극과 채널층을 탈락시킨다. 그런 다음, 전극과 채널층이 탈락된 셀룰로오즈 복합체를 초음파반응조로부터 꺼낸다. 여기서, 전극은 그래핀이고, 채널층은 단일벽탄소나노튜브(s-SWCNT)이다. Specifically, a sustainable electronic device is placed in an ultrasonic reaction tank and ultrasonicated to remove electrodes and channel layers from the sustainable electronic device. Then, the cellulose composite with the electrode and channel layer removed is taken out from the ultrasonic reaction tank. Here, the electrode is graphene, and the channel layer is single-walled carbon nanotube (s-SWCNT).

한편, 지속 가능한 전자장치에는 전극과 채널층 이외에 염 성분 및 기타물질이 포함되어 있기 때문에 이들 염 성분 및 기타물질을 제거하기 위해, 초음파 처리를 재차 실시하고 이어 원심분리를 진행한다. 이러한 초음파 처리 및 원심분리를 반복 실시하여 전극과 채널층의 혼합물로부터 염 성분 및 기타물질을 제거한다. 상술한 과정을 통해 불순물이 제거된 전극과 채널층의 혼합물을 얻을 수 있게 된다. Meanwhile, since sustainable electronic devices contain salts and other substances in addition to electrodes and channel layers, ultrasonic treatment is performed again and centrifugation is performed to remove these salts and other substances. This ultrasonic treatment and centrifugation are repeated to remove salt components and other substances from the mixture of electrodes and channel layers. Through the above-described process, it is possible to obtain a mixture of an electrode and a channel layer from which impurities have been removed.

전극과 채널층의 추출 과정이 완료되면, 수성이상추출법(ATPE, aqueous two-phase extraction)을 통해 전극과 채널층을 분리하는 과정을 진행한다. Once the extraction process of the electrode and channel layer is completed, the process of separating the electrode and channel layer is performed through aqueous two-phase extraction (ATPE).

열역학적 불안정성에 의해 상분리 현상을 일으키는 두 종류의 고분자를 물에 용해시킨 상태에서(S402), 전극과 채널층의 혼합물 및 일정량의 계면활성제를 두 종류의 고분자가 용해된 수용액에 투입하고(S403) 일정 시간 방치하면(S404) 전극과 채널층이 분리된다(S405). With the two types of polymers that cause phase separation due to thermodynamic instability dissolved in water (S402), the mixture of the electrode and the channel layer and a certain amount of surfactant are added to the aqueous solution in which the two types of polymers are dissolved (S403). If left for some time (S404), the electrode and the channel layer are separated (S405).

구체적으로, 수용액 내의 두 종류의 고분자는 일정 시간이 경과되면 열역학적 불안정성에 의해 층을 달리하여 상분리된다. 예를 들어, 두 종류의 고분자가 하나는 덱스트란(DX, Dextran)이고, 다른 하나는 폴리에틸렌글리콜(PEG)인 경우, 시간 경과에 따라 덱스트란(DX)은 용액의 최하층부에 위치하고 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 용액의 최상층부에 위치하게 된다. 덱스트란(DX)이 위치하는 용액의 최하층부는 상대적으로 소수성이 강하고, 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 위치하는 용액의 최상층부는 상대적으로 친수성이 강하다고 볼 수 있다. Specifically, two types of polymers in an aqueous solution are phase separated into different layers due to thermodynamic instability after a certain period of time. For example, if two types of polymers, one is dextran (DX) and the other is polyethylene glycol (PEG), over time, dextran (DX) is located in the bottom layer of the solution and polyethylene glycol ( PEG) is located at the top layer of the solution. The bottom layer of the solution where dextran (DX) is located is relatively hydrophobic, and the top layer of the solution where polyethylene glycol (PEG) is located is relatively hydrophilic.

한편, 수성이상추출법을 통해 분리하고자 하는 전극과 채널층 즉, 그래핀과 단일벽탄소나노튜브는 기하학적 물리적 특성 및 계면활성제의 도움에 의해 용액 내에서 분리된다. 그래핀과 단일벽탄소나노튜브는 모두 소수성을 갖기 때문에 덱스트란(DX)과 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 용해된 용액 내에서 고르게 분산되지 않는다. 이에, 그래핀과 단일벽탄소나노튜브의 분산 및 분리를 위해 계면활성제의 도움이 필요하다. 계면활성제의 존재 하에 1차원적 물리적 특성을 갖는 단일벽탄소나노튜브는 용액의 최상층부로 이동되고, 2차원적 물리적 특성을 갖는 그래핀은 용액의 최하층부로 이동된다. Meanwhile, the electrode and channel layer, that is, graphene and single-walled carbon nanotube, to be separated through the aqueous phase extraction method are separated in solution with the help of geometrical physical properties and surfactants. Because both graphene and single-walled carbon nanotubes are hydrophobic, they are not evenly dispersed in a solution in which dextran (DX) and polyethylene glycol (PEG) are dissolved. Therefore, the help of surfactants is needed to disperse and separate graphene and single-walled carbon nanotubes. In the presence of a surfactant, single-walled carbon nanotubes with one-dimensional physical properties move to the top layer of the solution, and graphene with two-dimensional physical properties move to the bottom layer of the solution.

계면활성제의 농도는 그래핀과 단일벽탄소나노튜브의 분리에 중요한 영향을 미치는 인자이다. 후술하는 실험예를 참조하면, 계면활성제 SC(sodium cholate hydrate) 0.02, 0.04, 0.05, 0.2wt% 농도로 실험을 진행한 결과 0.05wt% SC가 적용된 경우에서 그래핀과 단일벽탄소나노튜브의 분리가 가장 명확했으며, 0.2wt% SC가 적용된 경우 그래핀과 단일벽탄소나노튜브가 분리되지 않고 혼합물 상태로 계면에 존재하는 현상이 발생된다. 이 점을 고려하여, 계면활성제 SC의 농도는 0.05∼0.2wt%로 조절되는 것이 바람직하다. The concentration of surfactant is a factor that has an important effect on the separation of graphene and single-walled carbon nanotubes. Referring to the experimental example described later, the experiment was conducted at concentrations of 0.02, 0.04, 0.05, and 0.2 wt% of the surfactant SC (sodium cholate hydrate), and as a result, separation of graphene and single-walled carbon nanotubes occurred when 0.05 wt% SC was applied. was the clearest, and when 0.2 wt% SC was applied, a phenomenon occurred in which graphene and single-walled carbon nanotubes were not separated but existed at the interface in a mixture state. In consideration of this point, the concentration of surfactant SC is preferably adjusted to 0.05 to 0.2 wt%.

수상이상추출법에 의해 그래핀과 단일벽탄소나노튜브가 분리된 상태에서 용액으로부터 단일벽탄소나노튜브, 그래핀을 순차적으로 회수하면 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법은 완료된다. When the single-walled carbon nanotubes and graphene are sequentially recovered from the solution while the graphene and the single-walled carbon nanotubes are separated by an aqueous phase extraction method, an electrode and a channel layer are produced from a sustainable electronic device according to an embodiment of the present invention. The method of separating and recovering is completed.

분리 회수된 그래핀과 단일벽탄소나노튜브는 지속 가능한 전자장치의 전극과 채널층으로 재차 적용될 수 있으며, 후술하는 실험예를 참조하면 5회 회수 및 적용을 반복한 결과 최초 대비 약 90% 정도의 회수율을 나타내었다. The separated and recovered graphene and single-walled carbon nanotubes can be reapplied as electrodes and channel layers of sustainable electronic devices. Referring to the experimental example described later, the recovery and application were repeated 5 times, resulting in approximately 90% of the original amount. The recovery rate is shown.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 전자장치 및 그 제조방법 그리고 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Above, a sustainable electronic device and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and a method for separating and recovering electrodes and channel layers from a sustainable electronic device have been described. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.

<실험예 1 : 이온게이트형 전계효과트랜지스터의 제작><Experimental Example 1: Fabrication of ion gate type field effect transistor>

0.01mg/ml 농도의 s-SWCNT 용액을 진공여과장치를 통해 여과시켜 셀룰로오즈 필터페이퍼의 전면 상에 길이 3mm, 폭 5mm의 s-SWCNT 박막을 형성하였다. 이 때, s-SWCNT 용액은 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 ml로 달리 적용하여 각각의 트랜지스터를 제작하였다. 셀룰로오즈 필터페이퍼의 전면 상에 5wt% 농도의 결정질 나노셀룰로오즈(CNC) 슬러리를 코팅하고 상온에서 건조시켰다. 이어, 셀룰로오즈 필터페이퍼를 NaCl 용액에 30분간 침지시켰다. NaCl 용액의 몰농도는 10-5∼100M 범위 내에서 달리 적용하였다. 그런 다음, 드롭캐스팅 방법을 이용하여 s-SWCNT 박막의 양단부 상에 그래핀을 적층하여 소스전극과 드레인전극을 형성하고, 동일한 방법을 통해 셀룰로오즈 필터페이퍼의 후면 중앙부에 게이트전극을 형성하였다. 상기 실험은 모두 상온 하에서 실시하였다. The s-SWCNT solution with a concentration of 0.01 mg/ml was filtered through a vacuum filtration device to form an s-SWCNT thin film with a length of 3 mm and a width of 5 mm on the front surface of the cellulose filter paper. At this time, 0.25, 0.5, 0.75, and 1.0 ml of s-SWCNT solution were used to fabricate each transistor. Crystalline nanocellulose (CNC) slurry at a concentration of 5 wt% was coated on the front surface of the cellulose filter paper and dried at room temperature. Next, the cellulose filter paper was immersed in NaCl solution for 30 minutes. The molar concentration of the NaCl solution was applied differently within the range of 10 -5 to 10 0 M. Then, graphene was stacked on both ends of the s-SWCNT thin film using a drop casting method to form source and drain electrodes, and a gate electrode was formed on the back center of the cellulose filter paper using the same method. All of the above experiments were conducted at room temperature.

<실험예 2 : NaCl 몰농도에 따른 셀룰로오즈 복합체 특성><Experimental Example 2: Cellulose composite characteristics according to NaCl molar concentration>

실험예 1에 따라 제작된 셀룰로오즈 복합체의 표면 및 결정성을 살펴보았다. The surface and crystallinity of the cellulose composite produced according to Experimental Example 1 were examined.

도 6a는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 SEM 이미지이며, 도 6a에 도시된 바와 같이 셀룰로오즈 복합체의 표면에서 다공성 구조가 관찰되지 않고 매끄러운 표면을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 매끄러운 표면은 셀룰로오즈 필터페이퍼와 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)가 수소결합을 형성하는 것에 기인하는 것으로 판단된다. Figure 6a is an SEM image of the surface of the cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied, and as shown in Figure 6a, no porous structure was observed on the surface of the cellulose composite, showing a smooth surface. Able to know. This smooth surface is believed to be due to the formation of hydrogen bonds between the cellulose filter paper and crystalline nanocellulose (CNC).

도 6b는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 AFM(atomic force microscopy) 이미지를 나타낸 것이다. 도 6b에서 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)만이 고정화된 셀룰로오즈 복합체(도 6b에서 맨 왼쪽 그림)의 표면거칠기가 35.5nm를 나타냄을 확인할 수 있는데, 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)와 NaCl이 고정화되지 않은 순수 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기 563nm에 비교하면 현저히 감소된 것을 알 수 있다. 나아가, NaCl이 추가되고 추가되는 NaCl의 몰농도가 증가할수록 표면거칠기 또한 추가적으로 감소됨을 확인할 수 있다. 10-5M NaCl을 적용한 경우에서는 23.6nm의 표면거칠기, 10-4M, 10-2M 에서는 각각 18.8nm, 22.3nm의 표면거칠기를 나타냈다. Figure 6b shows an atomic force microscopy (AFM) image of the surface of a cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied. In Figure 6b, it can be seen that the surface roughness of the cellulose composite to which only crystalline nanocellulose (CNC) is immobilized (leftmost figure in Figure 6b) is 35.5 nm, which is a pure cellulose substrate to which crystalline nanocellulose (CNC) and NaCl are not immobilized. Compared to the surface roughness of 563nm, it can be seen that it has been significantly reduced. Furthermore, it can be seen that as NaCl is added and the molar concentration of added NaCl increases, the surface roughness is also further reduced. When 10 -5 M NaCl was applied, the surface roughness was 23.6 nm, and at 10 -4 M and 10 -2 M, the surface roughness was 18.8 nm and 22.3 nm, respectively.

도 6c 및 도 6d는 10-4M NaCl이 적용된 셀룰로오즈 복합체의 표면에 대한 TEM 이미지로서, 결정질 셀룰로오즈(CNC)가 넓은 영역에서 자기조립된(self-assembled) 형태로 존재함을 확인할 수 있다. Figures 6c and 6d are TEM images of the surface of the cellulose composite to which 10 -4 M NaCl was applied, and it can be seen that crystalline cellulose (CNC) exists in a self-assembled form in a large area.

도 6e 및 도 6f는 10-5∼100M 범위의 NaCl 몰농도가 적용된 셀룰로오즈 복합체의 X-선 회절결과를 나타낸 것으로서, NaCl 몰농도가 증가할수록 X-선 회절피크의 강도가 작아짐을 확인할 수 있다(도 6e 참조). 또한, NaCl 몰농도가 증가함으로 인해 결정질 나노셀룰로오즈(CNC)의 주요 피크 중 하나인 22.80°가 22.65°로 이동된 것을 확인할 수 있으며, 이는 Na+, Cl- 이온의 영향인 것으로 판단된다. Figures 6e and 6f show the X-ray diffraction results of the cellulose composite to which NaCl molar concentration in the range of 10 -5 to 10 0 M was applied. It can be seen that the intensity of the X-ray diffraction peak decreases as the NaCl molar concentration increases. There is (see Figure 6e). In addition, it can be seen that 22.80°, one of the main peaks of crystalline nanocellulose (CNC), has moved to 22.65° as the NaCl molar concentration increases, which is believed to be the effect of Na + and Cl - ions.

<실험예 3 : NaCl 몰농도에 따른 전계효과트랜지스터의 전기적 특성><Experimental Example 3: Electrical characteristics of field effect transistor according to NaCl molar concentration>

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터의 전기적 특성을 살펴보았다. The electrical characteristics of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 were examined.

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터(채널층 5mm x 3mm)는 -0.5V의 게이트전압에서 Ion/off가 102 이상인 수치를 나타내었으며, ION는 47.8 μA로 측정되었다(도 7a 참조). 또한, 도 7b의 출력곡선(IDS-VDS)을 참조하면 VGS의 높은 양의 값에서 전도성경로가 명확히 이동됨을 확인할 수 있다. 아울러, ION/OFF의 채널층 폭에 대한 의존성은 도 7c를 통해 확인할 수 있다. The field effect transistor (channel layer 5mm ). Additionally, referring to the output curve (I DS -V DS ) of Figure 7b, it can be seen that the conductive path clearly moves at high positive values of V GS . In addition, the dependence of I ON/OFF on the channel layer width can be confirmed through Figure 7c.

도 8a는 NaCl 몰농도에 따른 I-V 곡선을 나타낸 것으로서, 전형적인 p형 전계효과트랜지스터의 특성에 부합됨을 알 수 있다. 도 8b는 주파수 변화에 따른 서로 다른 NaCl 몰농도가 적용된 전계효과트랜지스터의 정전용량 특성을 나타낸 것이다. 도 8c 및 도 8d는 실험예 1에 의해 제작된 전계효과트랜지스터의 NaCl 몰농도에 따른 ION/OFF 특성 및 전계효과이동도 특성을 각각 나타낸 것이다. 도 8c 및 도 8d를 참조하면, ION/OFF 특성은 10-5M NaCl 몰농도에서 1.6에서 40으로 급격히 증가하였고, 10-4M 몰농도에서 최고수치인 1.76 x 102을 나타내었다. 또한, 10-4M 몰농도에서 전계효과이동도는 1.12cm2 V-1s-1를 나타내었으며, 이러한 전계효과이동도 값은 -0.5V 게이트전압에서 1.12 μF의 정전용량값을 갖는 전달곡선에서 외삽된 것이다. Figure 8a shows the IV curve according to NaCl molar concentration, and it can be seen that it matches the characteristics of a typical p-type field effect transistor. Figure 8b shows the capacitance characteristics of a field effect transistor to which different NaCl molar concentrations are applied according to frequency changes. Figures 8c and 8d show the I ON/OFF characteristics and field effect mobility characteristics of the field effect transistor manufactured in Experimental Example 1 according to NaCl molar concentration, respectively. Referring to Figures 8c and 8d, the I ON/OFF characteristics rapidly increased from 1.6 to 40 at a molar concentration of 10 -5 M NaCl, and reached the highest value of 1.76 x 10 2 at a molar concentration of 10 -4 M. In addition, the field effect mobility at 10 -4 M molar concentration was 1.12 cm 2 V -1 s -1 , and this field effect mobility value is a transfer curve with a capacitance value of 1.12 μF at -0.5V gate voltage. It is extrapolated from .

한편, NaCl 몰농도가 추가적으로 증가되면 ION/OFF가 급격히 감소되는 경향을 나타내었다(10-2M, 10-1M, 10-0M 각각에서 ION/OFF는 0.11 x 102, 0.12 x 102, 0.014 x 102 로 급격히 감소되었음). 이러한 결과는, 셀룰로오즈 복합체에 염이온의 농도가 증가되면 ION 특성은 향상되지만 전계효과트랜지스터의 성능은 저하됨을 의미하며, 전계효과트랜지스터의 종합적인 성능을 고려하면 10-4M NaCl 몰농도에서 최적의 성능을 나타내는 것으로 판단된다. Meanwhile, as the molar concentration of NaCl was further increased, I ON/OFF tended to rapidly decrease (I ON/OFF was 0.11 x 10 2 and 0.12 x at 10 -2 M, 10 -1 M, and 10 -0 M, respectively. 10 2 , sharply decreased to 0.014 x 10 2 ). These results mean that when the concentration of salt ions in the cellulose complex increases, the I ON characteristics improve, but the performance of the field effect transistor deteriorates. Considering the overall performance of the field effect transistor, the molar concentration of 10 -4 M NaCl is optimal. It is judged to indicate the performance of .

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터의 ION 특성, 스위칭 특성 등은 다른 물질 기반 하의 기존 트랜지스터에 대비하여 우수한 성능을 나타냄을 확인할 수 있다(표 1 및 도 8e, 도 8f 참조). It can be seen that the I ON characteristics and switching characteristics of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 show superior performance compared to existing transistors based on other materials (see Table 1 and Figures 8e and 8f).

<실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터와 기존 트랜지스터의 특성 비교><Comparison of characteristics of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 and existing transistors> Type of substrateType of substrate Fabrication methodFabrication method Type of DeviceType of Device SemiconductorSemiconductor VV DSDS
(V)(V)
VV GSGS (V)(V) On/off ratioOn/off ratio IdID
(uA/mm)(uA/mm)
Ref.Ref.
PolyimidePolyimide Printed and cleanroom methodPrinted and cleanroom method OTFT
(ion gel)
OTFT
(ion gel)
DPh-BTBTDPh-BTBT -1-One 1One 106 10 6 0.90.9 1One
PolyimidePolyimide Printed and cleanroom methodPrinted and cleanroom method OTFT
(ion gel)
OTFT
(ion gel)
N1100N1100 1One 1One 106 10 6 0.50.5 1One
Glassine paperGlassine paper PrintedPrinted OTFT
(ion gel)
OTFT
(ion gel)
P3HTP3HT -1-One -2-2 103 10 3 20.620.6 22
Cotton fiberCotton fiber Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFT
(ion gel)
OTFT
(ion gel)
DNNTDNNT 1One 33 104 10 4 44 33
Cotton fiberCotton fiber Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFT
(ion gel)
OTFT
(ion gel)
DNNTDNNT -2-2 -3-3 105 10 5 99 44
Eucalyptus paperEucalyptus paper Cleanroom techniqueCleanroom technique TFT
(double gate)
TFT
(double gate)
IGZOIGZO 1One 3030 105 10 5 145145 55
SiSi PrintedPrinted Ion gelIon gel CNTCNTs -1.4-1.4 -0.8-0.8 105 10 5 13001300 66 PolyimidePolyimide PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs 55 4040 104 10 4 28.628.6 77 PolyimidePolyimide PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -5-5 -30-30 104 10 4 248248 88 PolyimidePolyimide PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -5-5 -40-40 106 10 6 1One 99 SiSi PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -1-One -40-40 104 10 4 5.45.4 1010 SiSi PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -2-2 -40-40 105 10 5 2424 1111 SiSi Printed and cleanroom techniquePrinted and cleanroom technique CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs 1One -20-20 105 10 5 17.617.6 1212 Photo paperPhoto paper PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -2-2 -40-40 105 10 5 1One 1313 CNTs embedded into celluloseCNTs embedded into cellulose Solution processSolution process CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs 99 55 102 10 2 -- 1414 PETPET PrintedPrinted CNT-TFTCNT-TFT CNTCNTs -5-5 -14-14 104 10 4 4848 1515 SiSi PrintedPrinted OTFTOTFT CNTCNTs -0.5-0.5 -25-25 103 10 3 55 1616 Paralyene_CParalyene_C PrintedPrinted OTFTOTFT Merk silicon S1200Merk silicon S1200 -10-10 -10-10 106 10 6 5.55.5 1717 PENPEN Printed and cleanroom techniquePrinted and cleanroom technique OTFTOTFT P(NDI2OD-T2)P(NDI2OD-T2) 6060 6060 104 10 4 1414 1818 PMMAPMMA Solution processedSolution processed OTFTOTFT C8-BTBTC8-BTBT -40-40 -40-40 104 10 4 2828 1919 PolycarbonatePolycarbonate PrintedPrinted OTFTOTFT TIPS-PentaceneTIPS-Pentacene -60-60 -60-60 105 10 5 -- 2020 Printed paperPrinted paper Cleaning room technique and printingCleaning room technique and printing OTFTOTFT Pentacene and DNTTPentacene and DNTT -80-80 -80-80 108 10 8 2525 2121 Printed paperPrinted paper PrintedPrinted OTFTOTFT pBTTpBTT -50-50 -50-50 104 10 4 3750037500 2222 Photo paperPhoto paper Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT PentacenePentacene -55-55 -55-55 104 10 4 5.85.8 2323 PaperPaper Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT PentacenePentacene 1One -5-5 102 10 2 22 2424 PaperPaper Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT GIZOGIZO 1515 2020 104 10 4 135135 2525 PaperPaper PrintedPrinted OTFTOTFT Poly(3,30000-didodecyl-quarterthiophene)Poly(3,30000-didodecyl-quarterthiophene) -1.5-1.5 -2-2 1515 2828 2626 PET-nanocellulose dielectricPET-nanocellulose dielectric Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT PCDTBTPCDTBT -50-50 -50-50 104 10 4 1212 2727 Nanocellulose paperNanocellulose paper Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT GIZOGIZO 1515 3030 105 10 5 450450 2828 Nanocellulose paperNanocellulose paper Cleanroom techniqueCleanroom technique OTFTOTFT GIZOGIZO 1515 3030 104 10 4 135135 2828 Photo paperPhoto paper PrintedPrinted CNC-TFT
(ion gel)
CNC-TFT
(ion gel)
CNTCNTs 0.50.5 22 104 10 4 8787 2929
Cellulose membrane filter paperCellulose membrane filter paper Vacuum filtration techniqueVacuum filtration technique -- CNTCNTs 0.50.5 22 176176 9.69.6 본 발명this invention

<References><References>

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(5) Martins, R.; Gaspar, D.; Mendes, M. J.; Pereira, L.; Martins, J.; Bahubalindruni, P.; Barquinha, P.; Fortunato, E., Papertronics: Multigate paper transistor for multifunction applications. Appl. Mater. Today 2018, 12, 402-414.(5) Martins, R.; Gaspar, D.; Mendes, M.J.; Pereira, L.; Martins, J.; Bahubalindruni, P.; Barquinha, P.; Fortunato, E., Papertronics: Multigate paper transistor for multifunction applications. Appl. Mater. Today 2018, 12, 402-414.

(6) Li, H.; Tang, Y.; Guo, W.; Liu, H.; Zhou, L.; Smolinski, N., Polyfluorinated electrolyte for fully printed carbon nanotube electronics. Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (38), 6914-6920.(6) Li, H.; Tang, Y.; Guo, W.; Liu, H.; Zhou, L.; Smolinski, N., Polyfluorinated electrolyte for fully printed carbon nanotube electronics. Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (38), 6914-6920.

(7) Grubb, P. M.; Mokhtari Koushyar, F.; Lenz, T.; Asghari, A.; Gan, G.; Xia, W.; Dalir, H.; Subbaraman, H.; Chen, R. T., High speed roll-to-roll printable transistor enabled by a pulsed light curable CNT ink. J. Manuf. Mater. Process 2019, 3 (2), 33.(7) Grubb, P.M.; Mokhtari Koushyar, F.; Lenz, T.; Asghari, A.; Gan, G.; Xia, W.; Dalir, H.; Subbaraman, H.; Chen, RT, High speed roll-to-roll printable transistor enabled by a pulsed light curable CNT ink. J. Manuf. Mater. Process 2019, 3 (2), 33.

(8) Grubb, P. M.; Subbaraman, H.; Park, S.; Akinwande, D.; Chen, R. T., Inkjet printing of high performance transistors with micron order chemically set gaps. Sci. Rep. 2017, 7 (1), 1-8.(8) Grubb, P.M.; Subbaraman, H.; Park, S.; Akinwande, D.; Chen, RT, Inkjet printing of high performance transistors with micron order chemically set gaps. Sci. Rep. 2017, 7 (1), 1-8.

(9) Andrews, J. B.; Cardenas, J. A.; Lim, C. J.; Noyce, S. G.; Mullett, J.; Franklin, A. D., Fully printed and flexible carbon nanotube transistors for pressure sensing in automobile tires. IEEE Sens. J. 2018, 18 (19), 7875-7880.(9) Andrews, J.B.; Cardenas, J. A.; Lim, C.J.; Noyce, S.G.; Mullett, J.; Franklin, AD, Fully printed and flexible carbon nanotube transistors for pressure sensing in automobile tires. IEEE Sens. J. 2018, 18 (19), 7875-7880.

(10) Cao, C.; Andrews, J. B.; Franklin, A. D., Completely printed, flexible, stable, and hysteresis-free carbon nanotube thin-film transistors via aerosol jet printing. Adv. Electron. Mater. 2017, 3 (5), 1700057.(10) Cao, C.; Andrews, J.B.; Franklin, AD, Completely printed, flexible, stable, and hysteresis-free carbon nanotube thin-film transistors via aerosol jet printing. Adv. Electron. Mater. 2017, 3 (5), 1700057.

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(12) Chen, P.; Fu, Y.; Aminirad, R.; Wang, C.; Zhang, J.; Wang, K.; Galatsis, K.; Zhou, C., Fully printed separated carbon nanotube thin film transistor circuits and its application in organic light emitting diode control. Nano Lett. 2011, 11 (12), 5301-5308.(12) Chen, P.; Fu, Y.; Aminirad, R.; Wang, C.; Zhang, J.; Wang, K.; Galatsis, K.; Zhou, C., Fully printed separated carbon nanotube thin film transistor circuits and its application in organic light emitting diode control. Nano Lett. 2011, 11 (12), 5301-5308.

(13) Lu, S.; Cardenas, J. A.; Worsley, R.; Williams, N. X.; Andrews, J. B.; Casiraghi, C.; Franklin, A. D., Flexible, print-in-place 1D-2D thin-film transistors using aerosol jet printing. ACS Nano 2019, 13 (10), 11263-11272.(13) Lu, S.; Cardenas, J. A.; Worsley, R.; Williams, N.X.; Andrews, J.B.; Casiraghi, C.; Franklin, AD, Flexible, print-in-place 1D-2D thin-film transistors using aerosol jet printing. ACS Nano 2019, 13 (10), 11263-11272.

(14) Yun, S.; Jang, S.-D.; Yun, G.-Y.; Kim, J.-H.; Kim, J., Paper transistor made with covalently bonded multiwalled carbon nanotube and cellulose. Appl. Phys. Lett. 2009, 95 (10), 104102.(14) Yun, S.; Jang, S.-D.; Yun, G.-Y.; Kim, J.-H.; Kim, J., Paper transistor made with covalently bonded multiwalled carbon nanotube and cellulose. Appl. Phys. Lett. 2009, 95 (10), 104102.

(15) Lau, P. H.; Takei, K.; Wang, C.; Ju, Y.; Kim, J.; Yu, Z.; Takahashi, T.; Cho, G.; Javey, A., Fully printed, high performance carbon nanotube thin-film transistors on flexible substrates. Nano Lett. 2013, 13 (8), 3864-3869.(15) Lau, PH; Takei, K.; Wang, C.; Ju, Y.; Kim, J.; Yu, Z.; Takahashi, T.; Cho, G.; Javey, A., Fully printed, high performance carbon nanotube thin-film transistors on flexible substrates. Nano Lett. 2013, 13 (8), 3864-3869.

(16) Lee, Y.; Yoon, J.; Choi, B.; Lee, H.; Park, J.; Jeon, M.; Han, J.; Lee, J.; Kim, Y.; Kim, D. H., Semiconducting carbon nanotube network thin-film transistors with enhanced inkjet-printed source and drain contact interfaces. Appl. Phys. Lett. 2017, 111 (17), 173108.(16) Lee, Y.; Yoon, J.; Choi, B.; Lee, H.; Park, J.; Jeon, M.; Han, J.; Lee, J.; Kim, Y.; Kim, DH, Semiconducting carbon nanotube network thin-film transistors with enhanced inkjet-printed source and drain contact interfaces. Appl. Phys. Lett. 2017, 111 (17), 173108.

(17) Fukuda, K.; Takeda, Y.; Yoshimura, Y.; Shiwaku, R.; Tran, L. T.; Sekine, T.; Mizukami, M.; Kumaki, D.; Tokito, S., Fully-printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films. Nat. Commun. 2014, 5 (1), 1-8.(17) Fukuda, K.; Takeda, Y.; Yoshimura, Y.; Shiwaku, R.; Tran, L.T.; Sekine, T.; Mizukami, M.; Kumaki, D.; Tokito, S., Fully-printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films. Nat. Commun. 2014, 5 (1), 1-8.

(18) Yan, H.; Chen, Z.; Zheng, Y.; Newman, C.; Quinn, J. R.; Dㆆtz, F.; Kastler, M.; Facchetti, A., A high-mobility electron-transporting polymer for printed transistors. Nature 2009, 457 (7230), 679-686.(18) Yan, H.; Chen, Z.; Zheng, Y.; Newman, C.; Quinn, J.R.; D·tz, F.; Kastler, M.; Facchetti, A., A high-mobility electron-transporting polymer for printed transistors. Nature 2009, 457 (7230), 679-686.

(19) Kumatani, A.; Liu, C.; Li, Y.; Darmawan, P.; Takimiya, K.; Minari, T.; Tsukagoshi, K., Solution-processed, self-organized organic single crystal arrays with controlled crystal orientation. Sci. Rep. 2012, 2 (1), 1-6.(19) Kumatani, A.; Liu, C.; Li, Y.; Darmawan, P.; Takimiya, K.; Minari, T.; Tsukagoshi, K., Solution-processed, self-organized organic single crystal arrays with controlled crystal orientation. Sci. Rep. 2012, 2 (1), 1-6.

(20) Chang, J.; Zhang, X.; Ge, T.; Zhou, J., Fully printed electronics on flexible substrates: High gain amplifiers and DAC. Org. Electron. 2014, 15 (3), 701-710.(20) Chang, J.; Zhang, X.; Ge, T.; Zhou, J., Fully printed electronics on flexible substrates: High gain amplifiers and DAC. Org. Electron. 2014, 15 (3), 701-710.

(21) Peng, B.; Ren, X.; Wang, Z.; Wang, X.; Roberts, R. C.; Chan, P. K., High performance organic transistor active-matrix driver developed on paper substrate. Sci. Rep. 2014, 4 (1), 1-7.(21) Peng, B.; Ren, X.; Wang, Z.; Wang, X.; Roberts, R.C.; Chan, PK, High performance organic transistor active-matrix driver developed on paper substrate. Sci. Rep. 2014, 4 (1), 1-7.

(22) Grau, G.; Kitsomboonloha, R.; Swisher, S. L.; Kang, H.; Subramanian, V., Printed transistors on paper: Towards smart consumer product packaging. Adv. Funct. Mater. 2014, 24 (32), 5067-5074.(22) Grau, G.; Kitsomboonloha, R.; Swisher, S.L.; Kang, H.; Subramanian, V., Printed transistors on paper: Towards smart consumer product packaging. Adv. Funct. Mater. 2014, 24 (32), 5067-5074.

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(24) Lee, C.-J.; Chang, Y.-C.; Wang, L.-W.; Wang, Y.-H., Biodegradable materials for organic field-effect transistors on a paper substrate. IEEE Electron Device Lett. 2019, 40 (2), 236-239.(24) Lee, C.-J.; Chang, Y.-C.; Wang, L.-W.; Wang, Y.-H., Biodegradable materials for organic field-effect transistors on a paper substrate. IEEE Electron Device Lett. 2019, 40 (2), 236-239.

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(27) Valentini, L.; Bon, S. B.; Cardinali, M.; Fortunati, E.; Kenny, J. M., Cellulose nanocrystals thin films as gate dielectric for flexible organic field-effect transistors. Mater. Lett. 2014, 126, 55-58.(27) Valentini, L.; Bon, S.B.; Cardinali, M.; Fortunati, E.; Kenny, JM, Cellulose nanocrystals thin films as gate dielectric for flexible organic field-effect transistors. Mater. Lett. 2014, 126, 55-58.

(28) Gaspar, D.; Fernandes, S.; De Oliveira, A. G.; Fernandes, J.; Grey, P.; Pontes, R.; Pereira, L.; Martins, R.; Godinho, M.; Fortunato, E., Nanocrystalline cellulose applied simultaneously as the gate dielectric and the substrate in flexible field effect transistors. Nanotechnology 2014, 25 (9), 094008.(28) Gaspar, D.; Fernandes, S.; De Oliveira, A. G.; Fernandes, J.; Grey, P.; Pontes, R.; Pereira, L.; Martins, R.; Godinho, M.; Fortunato, E., Nanocrystalline cellulose applied simultaneously as the gate dielectric and the substrate in flexible field effect transistors. Nanotechnology 2014, 25 (9), 094008.

(29) Williams, N. X.; Bullard, G.; Brooke, N.; Therien, M. J.; Franklin, A. D., Printable and recyclable carbon electronics using crystalline nanocellulose dielectrics. Nat. Electron. 2021, 4 (4), 261-268.(29) Williams, NX; Bullard, G.; Brooke, N.; Therien, M.J.; Franklin, AD, Printable and recyclable carbon electronics using crystalline nanocellulose dielectrics. Nat. Electron. 2021, 4 (4), 261-268.

<실험예 4 : 전극 및 채널층의 회수 및 재생특성> <Experimental Example 4: Recovery and regeneration characteristics of electrode and channel layer>

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터로부터 전극(그래핀)과 채널층(s-SWCNT)을 회수하고, 회수된 그래핀과 s-SWCNT를 실험예 1의 공정에 적용하여 재생 전계효과트랜지스터를 제작하였으며 그 전기적 특성을 살펴보았다. The electrode (graphene) and channel layer (s-SWCNT) were recovered from the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1, and the recovered graphene and s-SWCNT were applied to the process of Experimental Example 1 to produce a regenerated field effect transistor. It was manufactured and its electrical characteristics were examined.

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터를 초음파 처리하여 전계효과트랜지스터로부터 그래핀과 s-SWCNT를 회수하고, 원심분리를 통해 NaCl 성분 등의 불순물을 제거하였다. Graphene and s-SWCNTs were recovered from the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 by ultrasonic treatment, and impurities such as NaCl were removed through centrifugation.

이어, 수성이상추출법(ATPE)을 통해 그래핀과 s-SWCNT를 분리 회수하였다. 덱스트란(DX)과 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 용해된 수용액에 그래핀과 s-SWCNT의 혼합물 그리고 계면활성제 SC(sodium cholate hydrate)를 투입한 후 일정 시간 방치하였다. 계면활성제 SC는 0.02, 0.04, 0.05, 0.2wt% 농도로 각각 혼합하였다(아래 표 2 참조). Then, graphene and s-SWCNT were separated and recovered through aqueous phase extraction (ATPE). A mixture of graphene and s-SWCNT and the surfactant sodium cholate hydrate (SC) were added to an aqueous solution in which dextran (DX) and polyethylene glycol (PEG) were dissolved and left for a certain period of time. Surfactant SC was mixed at concentrations of 0.02, 0.04, 0.05, and 0.2 wt%, respectively (see Table 2 below).

<DX, PEG, 그래핀과 s-SWCNT의 혼합물 및 계면활성제의 혼합비율><Mixture ratio of DX, PEG, graphene and s-SWCNT and surfactant> SC 농도SC concentration DX(g)DX(g) PEG(g)PEG(g) 그래핀과 s-SWCNT 혼합물Graphene and s-SWCNT mixture DI water(g)DI water(g) 0.02 wt%0.02wt% 10.810.8 4.324.32 0.480.48 8.48.4 0.04 wt%0.04wt% 10.810.8 4.324.32 0.960.96 7.927.92 0.05 wt%0.05wt% 10.810.8 4.324.32 1.21.2 7.687.68 0.2 wt%0.2wt% 10.810.8 4.324.32 4.84.8 4.084.08

방치한 결과, 수용액 내에서 덱스트란(DX)과 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 상분리되어 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 상층부에 위치하고 덱스트란(DX)은 하층부에 위치하게 되며, s-SWCNT는 수용액 내 상층부로 이동되고 그래핀은 하층부로 이동되어 분리된다. 도 9를 참조하면, 계면활성제 SC 농도가 0.02, 0.04wt%인 경우에는 그래핀과 s-SWCNT가 혼합물 상태를 유지하였으며, 0.05wt% 경우에서 그래핀과 s-SWCNT가 명확하게 분리되었다. 0.2wt%인 경우에는 그래핀과 s-SWCNT가 분리되지 않고 혼합물 상태로 계면에 존재하는 현상이 나타났다. As a result of leaving, dextran (DX) and polyethylene glycol (PEG) are phase separated in the aqueous solution, so that polyethylene glycol (PEG) is located in the upper layer, dextran (DX) is located in the lower layer, and s-SWCNT is located in the upper layer of the aqueous solution. The graphene is moved to the lower layer and separated. Referring to Figure 9, when the surfactant SC concentration was 0.02 and 0.04 wt%, graphene and s-SWCNT remained in a mixture state, and when the surfactant SC concentration was 0.05 wt%, graphene and s-SWCNT were clearly separated. In the case of 0.2 wt%, graphene and s-SWCNT were not separated but existed at the interface in a mixture state.

이어, 수용액으로부터 그래핀과 s-SWCNT를 각각 분리하여 회수하였다. 그런 다음, 분리 회수된 그래핀과 s-SWCNT를 전극과 반도체층으로 사용하고, 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 전계효과트랜지스터를 제작하였다. Then, graphene and s-SWCNT were separated and recovered from the aqueous solution. Then, the separated and recovered graphene and s-SWCNT were used as electrodes and semiconductor layers, and a field effect transistor was manufactured by applying the same process as Experimental Example 1.

도 10a는 회수된(recycled) s-SWCNT와 최초(new) s-SWCNT에 대한 SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 것으로서, 도 10a에 도시한 바와 같이 s-SWCNT의 키랄성(chirality)과 단일벽(single wall)이 회수된 s-SWCNT에서도 그대로 유지됨을 확인할 수 있다. Figure 10a shows SEM and TEM images of recycled s-SWCNTs and new s-SWCNTs. As shown in Figure 10a, the chirality and single wall of s-SWCNTs are observed. ) can be confirmed to remain the same in the recovered s-SWCNT.

또한, s-SWCNT의 회수를 5회 반복 실시한 결과, 최초 대비 약 90% 가까이 회수됨을 UV-vis 분석을 통해 확인하였다(도 10b 참조). 그래핀의 경우도 s-SWCNT과 비슷한 회수율 결과를 나타내었다(도 10c 참조). In addition, as a result of repeating the recovery of s-SWCNTs five times, it was confirmed through UV-vis analysis that nearly 90% of the initial recovery was recovered (see Figure 10b). Graphene also showed similar recovery rate results as s-SWCNT (see Figure 10c).

회수된 그래핀과 s-SWCNT를 전극과 채널층으로 활용하여 전계효과트랜지스터를 제작하고 ION/OFF 특성을 측정한 결과, 회수 및 재생이 반복될수록 ION/OFF 특성이 점차적으로 열화되었다(도 10d 참조). 한편, 실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터는 일반적인 환경 하에서 30일이 경과된 시점에서도 ION/OFF가 0.66 x 102의 높은 수치를 나타냄을 확인할 수 있다(도 10e 참조). As a result of manufacturing a field-effect transistor using the recovered graphene and s-SWCNT as electrodes and channel layers and measuring the I ON/OFF characteristics, the I ON/OFF characteristics gradually deteriorated as recovery and regeneration were repeated (see Figure 10d). Meanwhile, it can be confirmed that the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 shows a high I ON/OFF value of 0.66 x 10 2 even after 30 days under a normal environment (see FIG. 10e).

<실험예 5 : 굽힘시 전기적 특성><Experimental Example 5: Electrical characteristics during bending>

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터의 굽힘 안정성에 대해 분석하였다. The bending stability of the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 was analyzed.

실험예 1에 따라 제작된 전계효과트랜지스터를 전기장에 수직인 방향으로 0∼12° 각도범위로 굽힘을 실시하고 전기적 특성을 살펴본 결과(도 11a 참조), IDS-VGS 곡선은 p형 거동에 해당됨을 알 수 있으며(도 11b 참조), 굽힘각도가 커질수록 ION이 감소되었다(도 11c 참조). 한편, ION이 굽힘각도 5°에서 23.6 μA, 굽힘각도 12°에서 11.95 μA로 감소되는 것에 반해, IOFF는 굽힘각도에 무관하게 비교적 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다(도 11d 참조). As a result of bending the field effect transistor manufactured according to Experimental Example 1 at an angle range of 0 to 12° in the direction perpendicular to the electric field and examining the electrical characteristics (see FIG. 11a), the I DS -V GS curve showed p-type behavior. It can be seen that this is the case (see Figure 11b), and as the bending angle increases, I ON decreases (see Figure 11c). Meanwhile, while I ON decreases to 23.6 μA at a bending angle of 5° and 11.95 μA at a bending angle of 12°, it can be seen that I OFF remains relatively constant regardless of the bending angle (see Figure 11d).

또한, 굽힘각도 12°에서 최초 상태 즉, 굽힘각도 0°로 복원되면 ION값 역시 최초 상태로 복원되었다(도 11d 참조). 이러한 특성은 본 발명에 따른 지속 가능한 전자장치가 굽힘센서로 충분히 활용 가능함을 의미한다. In addition, when the bending angle was restored to the initial state at a bending angle of 12°, that is, the bending angle was 0°, the I ON value was also restored to the initial state (see Figure 11d). These characteristics mean that the sustainable electronic device according to the present invention can be fully utilized as a bending sensor.

이와 함께, 굽힘각도 5° 범위 내에서 600회 이상의 굽힘 피로시험을 실시한 결과(도 11e 참조), ION과 ION/OFF 특성에서 일부 열화가 발생되었지만, 심각한 구조적 손상 없이 우수한 성능을 나타내었다. In addition, as a result of conducting more than 600 bending fatigue tests within a bending angle of 5° (see Figure 11e), some deterioration occurred in I ON and I ON/OFF characteristics, but excellent performance was shown without serious structural damage.

Claims (14)

유전특성을 구비하여 기판 및 게이트절연막의 기능을 수행하는 셀룰로오즈 복합체;
셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 구비된 채널층;
셀룰로오즈 복합체의 일측에 구비된 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
A cellulose composite that has dielectric properties and functions as a substrate and gate insulating film;
A channel layer provided on one side of the cellulose composite;
A sustainable electronic device comprising a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided on one side of a cellulose composite.
제 1 항에 있어서, 상기 셀룰로오즈 복합체는,
다공성 구조의 셀룰로오즈 기재와,
상기 셀룰로오즈 기재에 고정화된 결정질 나노셀룰로오즈와 염으로 구성되며,
상기 염은 이온 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The method of claim 1, wherein the cellulose complex,
A cellulose substrate with a porous structure,
It consists of crystalline nanocellulose and salt immobilized on the cellulose substrate,
A sustainable electronic device, characterized in that the salt exists in an ionic state.
제 1 항에 있어서, -0.5V 게이트전압 조건에서 ION이 채널층 폭당 9.6 μA mm-1 이상, ION/OFF가 102 이상, 전계효과이동도가 2.03cm2V-1s-1 이상인 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The method of claim 1, wherein under the condition of -0.5V gate voltage, I ON is 9.6 μA mm -1 or more per channel layer width, I ON/OFF is 10 2 or more, and field effect mobility is 2.03 cm 2 V -1 s -1 or more. A sustainable electronic device characterized by:
제 2 항에 있어서, 상기 염은 NaCl이며, NaCl 농도는 10-4∼10-2M인 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The sustainable electronic device of claim 2, wherein the salt is NaCl, and the NaCl concentration is 10 -4 to 10 -2 M.
제 1 항에 있어서, 상기 채널층은 s-SWCNT로 이루어지고, 상기 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 그래핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The sustainable electronic device of claim 1, wherein the channel layer is made of s-SWCNT, and the gate electrode, source electrode, and drain electrode are made of graphene.
제 1 항에 있어서, 셀룰로오즈 복합체의 일면 상에 채널층이 구비되고, 채널층의 양단부 상에 각각 소스전극, 드레인전극이 구비되며, 셀룰로오즈 복합체의 다른 일면 상에 게이트전극이 구비되며,
상기 채널층은 s-SWCNT로 이루어지고, 상기 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 그래핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The method of claim 1, wherein a channel layer is provided on one side of the cellulose composite, a source electrode and a drain electrode are provided on both ends of the channel layer, respectively, and a gate electrode is provided on the other side of the cellulose composite,
A sustainable electronic device, wherein the channel layer is made of s-SWCNT, and the gate electrode, source electrode, and drain electrode are made of graphene.
제 2 항에 있어서, 결정질 나노셀룰로오즈는 셀룰로오즈 기재의 기공에 채워지는 형태로 구비되어 셀룰로오즈 기재의 표면거칠기를 저하시키며, 결정질 나노셀룰로오즈와 셀룰로오즈 기재는 수소결합을 이루는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치.
The sustainable electronic device of claim 2, wherein the crystalline nanocellulose is provided to fill the pores of the cellulose substrate to reduce the surface roughness of the cellulose substrate, and the crystalline nanocellulose and the cellulose substrate form hydrogen bonds.
셀룰로오즈 기재의 일면 상에 채널층을 형성하는 단계;
셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈 및 염을 고정화시키는 단계;
셀룰로오즈 기재의 일측에 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 셀룰로오즈 기재에 결정질 나노셀룰로오즈 및 염을 고정화시키는 단계;는,
셀룰로오즈 기재의 다른 일면 상에 결정질 나노셀룰로오즈가 포함된 슬러리를 코팅하는 과정과,
결정질 나노셀룰로오즈가 고정화된 셀룰로오즈 기재를 염 수용액에 침지시키는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치의 제조방법.
Forming a channel layer on one side of the cellulose substrate;
Immobilizing crystalline nanocellulose and salt on a cellulose substrate;
It includes the step of forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode on one side of the cellulose substrate,
Immobilizing crystalline nanocellulose and salt on the cellulose substrate;
A process of coating a slurry containing crystalline nanocellulose on another side of a cellulose substrate;
A method of manufacturing a sustainable electronic device, comprising the process of immersing a cellulose substrate on which crystalline nanocellulose is immobilized in an aqueous salt solution.
제 8 항에 있어서, 상기 염은 NaCl이며, NaCl 농도는 10-4∼10-2M인 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the salt is NaCl, and the NaCl concentration is 10 -4 to 10 -2 M.
제 8 항에 있어서, 상기 채널층은 s-SWCNT로 이루어지고, 상기 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 그래핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the channel layer is made of s-SWCNT, and the gate electrode, source electrode, and drain electrode are made of graphene.
초음파 처리를 통해 지속 가능한 전자장치로부터 채널층과 전극을 탈락시키는 단계;
열역학적 불안정성에 의해 상분리되는 두 종류의 고분자가 용해된 수용액을 준비하고, 상기 수용액에 탈락된 채널층 물질과 전극 물질의 혼합물을 투입하는 단계; 및
일정 시간 경과에 따라, 두 종류의 고분자는 수용액 내에서 상층과 하층으로 상분리되고, 채널층 물질은 상층으로 이동되고 전극 물질은 하층으로 이동되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법.
removing the channel layer and electrodes from the sustainable electronic device through sonication;
Preparing an aqueous solution in which two types of polymers that are phase-separated due to thermodynamic instability are dissolved, and adding a mixture of the fallen channel layer material and the electrode material to the aqueous solution; and
Over a certain period of time, the two types of polymers are phase separated into an upper layer and a lower layer in an aqueous solution, and the channel layer material is moved to the upper layer and the electrode material is moved to the lower layer. A sustainable electronic device comprising: A method of separating and recovering the electrode and channel layer from.
제 11 항에 있어서, 상기 채널층 물질은 s-SWCNT이고, 전극 물질은 그래핀인 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법.
The method of claim 11, wherein the channel layer material is s-SWCNT and the electrode material is graphene.
제 11 항에 있어서, 상기 수용액에 계면활성제가 더 투입되며,
상기 계면활성제는 0.03∼0.2wt%의 농도로 투입되는 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법.
The method of claim 11, wherein a surfactant is further added to the aqueous solution,
A method for separating and recovering electrodes and channel layers from sustainable electronic devices, characterized in that the surfactant is added at a concentration of 0.03 to 0.2 wt%.
제 11 항에 있어서, 상기 두 종류의 고분자는 덱스트란(DX)와 폴리에틸렌글리콜(PEG)인 것을 특징으로 하는 지속 가능한 전자장치로부터 전극 및 채널층을 분리 회수하는 방법. The method of claim 11, wherein the two types of polymers are dextran (DX) and polyethylene glycol (PEG).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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