WO2020235847A1 - 압전 나노 소재 - Google Patents

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WO2020235847A1
WO2020235847A1 PCT/KR2020/006207 KR2020006207W WO2020235847A1 WO 2020235847 A1 WO2020235847 A1 WO 2020235847A1 KR 2020006207 W KR2020006207 W KR 2020006207W WO 2020235847 A1 WO2020235847 A1 WO 2020235847A1
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WO
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nanomaterial
piezoelectric
ligand
pressure
present application
Prior art date
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PCT/KR2020/006207
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English (en)
French (fr)
Inventor
정소희
최혜경
김영식
김용현
유동석
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
한국과학기술원
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present application relates to a piezoelectric nanomaterial.
  • Piezoelectric materials have a characteristic that when stress is applied, electrical polarization occurs inside the material, so that negative and positive charges are separated by the direction of polarization.
  • a current is generated by the movement of the charges or a voltage is generated by a potential difference between a negative and positive charges.
  • piezoelectric materials having a size of micrometers or more, such as thin films or ceramic sintered bodies.
  • piezoelectric nanomaterials such as piezoelectric nanopowder having a nanometer size has emerged as a part of self-power supply of small electronic devices or development of flexible piezoelectric devices.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0066271 which is the background technology of the present application, relates to a nano piezoelectric device and a method of 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 is a wire core having conductivity and a wire shell made of a piezoelectric material surrounding the wire core.
  • the present application is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric nanomaterial capable of continuously controlling energy levels using dipole characteristics.
  • the first aspect of the present application is for a piezoelectric nanomaterial, specifically comprising a nanomaterial, and a ligand formed on the nanomaterial, wherein the ligand has dipole moment characteristics. It provides a piezoelectric nanomaterial, wherein the size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial.
  • the ligand may be a polar molecule having a dipole moment characteristic, but is not limited thereto.
  • the ligand may be formed on the nanomaterial by covalent bonding, ionic bonding, or coordination bonding, but is not limited thereto.
  • the ligand is pyridine, benzenethiol (benzenthiol), 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 Ortho (thiol), TTF-CA (tetrathiafulvalene-p-chloranil), Rochelle salt, TGS (triglycine sulfate), KH 2 PO 4 , PZT, BiFeO 3 , BaTiO 3 , and combinations thereof It may include one selected from, but is not limited thereto.
  • 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.
  • the 0-dimensional structure may include a quantum dot, but is not limited thereto.
  • 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.
  • 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.
  • 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 may include those selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the external pressure may be controlled by the following relational equation 1, but is not limited thereto:
  • the ionization energy of the nanomaterial or the energy level of the nanomaterial may be changed by the pressure, but is not limited thereto.
  • the nanomaterial may be a semiconductor nanomaterial, but is not limited thereto.
  • a second aspect of the present application provides a pressure sensor including the piezoelectric nanomaterial according to the first aspect of the present application.
  • a third aspect of the present application includes forming the 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. Including, it provides a pressure measurement method.
  • the energy level of the nanomaterial can be controlled by controlling the size of the dipole of the ligand through external pressure.
  • an electrochemical reaction is performed through effective charge/hole transfer by placing a valence band/conduction band/Fermi level at a desired energy level. Can be optimized.
  • the effect obtainable in the present application is not limited to the effects as described above, and other effects may exist.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a change in energy level according to an external pressure of a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application through a simulation.
  • FIG. 2 is a diagram of a piezoelectric nanomaterial modeled using a symmetric slab model according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 (a) is a graph showing the total energy change of the system according to the volume change of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 3 (b) is a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application This is a graph that estimates the external pressure according to the volume change.
  • Figure 4 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential value according to the external pressure of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 4 (b) is the outside of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application It is a graph showing the energy level change according to the pressure.
  • FIG. 5 is a view of modeling a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application.
  • Figure 6 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential value according to the degree of distortion of the ligand due to external pressure of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 6 (b) is a graph according to an embodiment of the present application. This is a graph showing the energy level change according to the degree of distortion of the ligand of the piezoelectric nanomaterial.
  • the term “combination of these” included in the expression of the Makushi format refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Makushi format, and the component It means to include one or more selected from the group consisting of.
  • the first aspect of the present application is for a piezoelectric nanomaterial, specifically comprising a nanomaterial, and a ligand formed on the nanomaterial, wherein the ligand has dipole moment characteristics. It provides a piezoelectric nanomaterial, wherein the size of the dipole of the ligand is controlled by the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial.
  • Nanomaterials have the advantage of being able to control the energy band gap using the quantum confinement effect according to the size, and control the interfacial properties of the nanomaterials through chemical treatment.
  • the conventional control technology has limitations in the development of a nanomaterial-based device, and in particular, it is difficult to optimize the characteristics of the device because the energy level of the nanomaterial is indiscriminately positioned.
  • the present inventors recognized the difficulty and importance of controlling the energy level of the nanomaterial, and developed a piezoelectric nanomaterial capable of controlling the energy level of the nanomaterial by controlling the dipole moment of the ligand through external pressure.
  • a valence band/conduction band/Fermi level is placed at a desired energy level to optimize the electrochemical reaction through effective charge/hole transfer. I can.
  • the ligand may be a polar molecule having a dipole moment characteristic, but is not limited thereto.
  • the ligand may be formed on the nanomaterial by covalent bonding, ionic bonding, or coordination bonding, but is not limited thereto.
  • the ligand may include an organic molecule having a dipole or an inorganic material having a dipole, but is not limited thereto.
  • the ligand is pyridine, benzenethiol (benzenthiol), 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 Ortho (thiol), TTF-CA (tetrathiafulvalene-p-chloranil), Rochelle salt, TGS (triglycine sulfate), KH 2 PO 4 , PZT, BiFeO 3 , BaTiO 3 , and combinations thereof It may include one selected from, but is not limited thereto.
  • a ligand refers to a substance in which a molecule or ion gives a non-shared electron pair to another molecule or ion and coordinates it.
  • the ligand may provide a non-shared electron pair to the nanomaterial, including the property of the dipole moment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a change in energy level according to an external pressure of a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application through a simulation.
  • the volume of the piezoelectric nanomaterial may be deformed by the pressure, and the pressure may be calculated based on the volume change and the total energy change in the system.
  • 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.
  • the energy level or ionization energy is changed due to the change in the dipole moment property of the ligand due to external pressure.
  • the 0-dimensional structure may include a quantum dot, but is not limited thereto.
  • the quantum dot refers to a semiconductor nanocrystal in which a quantum confinement effect is observed, which is smaller in size than an exciton Bohr radius of a material.
  • a semiconductor material has an appropriate band gap, unlike a metal without a band gap between a conduction band and a valence band, or a non-conductor with a very large gap.
  • nano-sized semiconductor materials have a discontinuous energy level rather than a continuous energy band, as the motion of electrons is limited due to the quantum confinement effect in all directions.
  • the band gap increases. When exposed to light, light with a wavelength corresponding to the energy band gap is emitted. Therefore, it exhibits completely different electrical and optical properties from bulk particles.
  • the nanomaterial may be a semiconductor nanomaterial, but is not limited thereto.
  • 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.
  • 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 may include those selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the external pressure may be controlled by the following relational equation 1, but is not limited thereto:
  • the ionization energy of the nanomaterial or the energy level of the nanomaterial may be changed by the pressure, but is not limited thereto.
  • the ionization energy according to the present application refers to energy required to separate electrons from the nanomaterial, and the energy level according to the present application refers to the value of energy possessed by the nanomaterial.
  • the volume of the nanomaterial may change together with the size of the dipole moment of the ligand.
  • the external pressure may be calculated using the relational equation 1 through the total energy change amount of the system according to the change amount of the volume of the nanomaterial.
  • a second aspect of the present application provides a pressure sensor including the piezoelectric nanomaterial according to the first aspect of the present application.
  • a third aspect of the present application includes forming the 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. Including, it provides a pressure measurement method.
  • the method of measuring pressure 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. Can be reduced, so that resources can be used efficiently.
  • the computer simulation may measure the pressure based on the first principle method (Ab initio), but is not limited thereto.
  • the piezoelectric nanomaterial may be formed by forming a ligand on the surface of the nanomaterial, but is not limited thereto.
  • the process of forming the piezoelectric nanomaterial may follow a symmetric slab model.
  • the symmetrical slab model has the same side structure and refers to a model used to simulate an interface of a material, a phenomenon and/or a characteristic occurring at the interface.
  • the ligand may be chemically adsorbed on the surface of the nanomaterial, but is not limited thereto.
  • the chemical adsorption may include a coordination bond, a covalent bond, an ionic bond, and a combination thereof, but is not limited thereto.
  • the pressure applied to the piezoelectric nanomaterial may refer to an actual physical phenomenon, or may refer to a pressure applied through a computer program.
  • 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.
  • 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 combinations thereof may include, but are not limited to.
  • 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 and state of an atom or molecule through Schrödinger's equation, there is a disadvantage in that the number of calculations required increases in proportion to the square of the increase when the number of particles to be handled increases. Since the number of calculations is directly related to the time required to calculate the pressure, etc., it is possible to calculate the state, position, shape, etc. of the nanomaterials such as the present application through theories such as VASP and DFT.
  • the external pressure may be adjusted or calculated by the following relational equation 1, but is not limited thereto:
  • an organic ligand was adsorbed on the nanomaterial surface using a symmetric slab model.
  • DFT Density Functional Theory
  • VASP Vehicle Ab initio Simulation Package
  • FIG. 2 is a diagram of a piezoelectric nanomaterial modeled using a symmetric slab model according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 (a) is a graph showing the total energy change of the system according to the volume change of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 3 (b) is a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application This is a graph that estimates the external pressure according to the volume change.
  • the DFT total energy of the system was calculated using the ab initio quantum calculation method based on the density functional theory (DFT), and the previously defined distance d By controlling the volume change was simulated.
  • the energy function according to the volume change was parabolic fitting, and the external pressure was estimated using the following relational equation 1.
  • Figure 4 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential value according to the external pressure of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 4 (b) is the outside of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application It is a graph showing the energy level change according to the pressure.
  • FIG. 5 is a view modeling a piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application.
  • Figure 6 (a) is a graph showing the change in the average electrostatic potential value according to the degree of distortion of the ligand due to external pressure of the piezoelectric nanomaterial according to an embodiment of the present application
  • Figure 6 (b) is a graph according to an embodiment of the present application. This is a graph showing the energy level change according to the degree of distortion of the ligand of the piezoelectric nanomaterial.

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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.

Description

압전 나노 소재
본원은 압전 나노 소재에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 쌍극자 특성을 이용하여 연속적인 에너지 준위 제어가 가능한 압전 나노 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
[관계식 1]
P=-(∂E/∂Ω)T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 부피임).
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 포함하는, 압력 센서를 제공한다.
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.
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.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 외부 압력을 통해 리간드의 쌍극자 크기가 조절됨으로써 나노 소재의 에너지 준위를 제어할 수 있다.
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.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하, 본원의 압전 나노 소재에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 쌍극자를 갖는 유기 분자 또는 쌍극자를 갖는 무기 소재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 압전 나노 소재의 외부 압력에 따른 에너지 준위 변화를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.
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.
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.
후술하겠지만, 상기 나노 소재는 외부 압력에 의한 상기 리간드의 쌍극자 모멘트 성질의 변화로 인해 에너지 준위 또는 이온화 에너지가 변하는 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
[관계식 1]
P=-(∂E/∂Ω)T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 온도임).
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 있다
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.
본원에 따른 이온화 에너지는 상기 나노 소재로부터 전자를 분리하기 위해 필요한 에너지를 의미하고, 본원에 따른 에너지 준위는 상기 나노 소재가 갖는 에너지의 값을 의미한다.
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.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 포함하는, 압력 센서를 제공한다.
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.
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.
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.
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.
상기 컴퓨터 시뮬레이션은 제 1 원리법(Ab initio)을 기반으로 상기 압력을 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 상기 제 1 측면에 따른 압전 나노 소재를 형성한다
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압전 나노 소재는 나노 소재의 표면에 리간드를 형성시킴으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리간드는 상기 나노 소재의 표면에 화학적으로 흡착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학적 흡착은 배위결합, 공유결합, 이온결합, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시킨다.
이와 관련하여, 상기 압전 나노 소재에 가해지는 압력은 실제의 물리적 현상을 의미할 수 있고, 컴퓨터 프로그램을 통해 가해지는 압력을 의미할 수도 있다.
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.
이어서, 상기 변위를 통해 상기 압력을 계산한다.
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.
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.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 외부 압력은 하기 관계식 1 에 의해 조절 또는 계산되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
[관계식 1]
P=-(∂E/∂Ω)T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 온도임).
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예] 압전 나노 소재 모델링
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).
도 2 는 본원의 일 구현예에 따라 대칭성 슬래브 모델(Symmetric slab model)을 이용하여 압전 나노 소재를 모델링한 도면이다.
[실험예 1] : 열역학적 분석을 이용한 외부 압력 추정
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 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.
[관계식 1]
P=-(∂E/∂Ω)T
(상기 관계식 1 에서, Ω 는 부피 및 T 는 부피임).
[실험예 2] : 압력에 따른 에너지 준위 변화 재현
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 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.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 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.
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.
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.
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.

Claims (14)

  1. 압전 나노 소재에 있어서,
    나노 소재; 및
    상기 나노 소재 상에 형성된 리간드;
    를 포함하고,
    상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지며,
    상기 압전 나노 소재에 가해진 압력에 의해 상기 리간드의 쌍극자의 크기가 조절되는 것인,
    압전 나노 소재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리간드는 쌍극자 모멘트 특성을 가지는 극성 분자(polar molecule) 인, 압전 나노 소재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리간드는 공유 결합, 이온 결합, 또는 배위 결합에 의해 상기 나노 소재 상에 형성된 것인, 압전 나노 소재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    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.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 소재는 0 차원, 1 차원, 2 차원 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 0 차원 구조는 양자점을 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    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.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 1 차원 구조는 나노 튜브, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 로드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 포함하는 것인, 압전 나노 소재.
  9. 제 5 항에 있어서,
    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.
  10. 제 1 항에 있어서,
    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).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압력에 의해 상기 나노 소재의 이온화 에너지 또는 상기 나노 소재의 에너지 준위가 변화하는 것인, 압전 나노 소재.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 소재는 반도체 나노 소재인 것인, 압전 나노 소재.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 압전 나노 소재를 포함하는, 압력 센서.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 압전 나노 소재를 형성하는 단계;
    상기 압전 나노 소재에 압력을 가하여 소정의 변위를 발생시키는 단계; 및
    상기 변위를 통하여 상기 압력을 계산하는 단계;
    를 포함하는
    압력 측정 방법.
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