Metal oxide nanostructure has been numerous studied during several decades for the applications in microelectronics, artificial skin sensor, transparency conducting electrode, energy devices and displays. Among various metal oxide nanostructures, especially, 1-dimensional nanostructure has been large interested due to its large surface to volume ratio and ballistic transport property. These features provide several unique aspects of their physical, chemical, optical and mechanical properties compared to the bulk state. While those particular properties, in this study, optical property of metal oxide nanostructure was noticed. Typically, metal oxide materials have energy band gap that can be modify through the shape of material structure and doping. Accordingly, vertical/complex metal oxide nanostructure materials were fabricated and examined for the usable functions in optoelectronic devices and applications.
For the growth of vertical metal oxide nanostructure, inkjet printing has been introduced for direct selective patterning. Direct selective nanowire array growth using inkjet printing of Zn acetate precursor ink patterning and subsequent hydrothermal ZnO local growth without nozzle clogging problem which frequently happens in nanoparticle inkjet printing. The proposed process can directly grow ZnO nanowires in any arbitrary patterned shape and it is basically very fast, low cost, environmentally benign, and low temperature. Therefore, Zn acetate precursor inkjet printing based direct nanowire local growth is expected to give extremely high flexibility in nanomaterial patterning for high performance electronics fabrication especially at the development stage. As a proof of concept of the proposed method, ZnO nanowire network based field effect transistors and UV photo-detecctors were demonstrated by direct patterned grown ZnO nanowires as active layer.
In addition, for the complex metal oxide nanostructure, facial fabrication process for hydrothermal growth of $\alpha -Fe_2O_3$ (hematite) and following photoreduction of Ag nanoparticles were investigated. The complex $\alpha -Fe_2O_3/Ag$ nanostructure brings enhanced photon absorb efficiency. The suggested process and material were evaluated by SERS, photoluminescence, cyclic voltammetry. Subsequently, the fabricated complex nanostructure was demonstrated in the photoelectrochemical cell as a photoanode.
최근 전자소자, 촉각센서, 투명전극, 에너지 재료 그리고 디스플레이 소자 등의 제작과 응용에 금속 산화물 나노 구조체를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다, 여러 종류의 금속 산화물 나노 구조체 중에서 발리스틱 확산이라는 특징을 갖고 있는 1차원 나노 구조 재료를 사용하였다. 나노 재료는 부피 대비 표면적이 넓은 특징을 갖고 있으며, 크기에 따라서 재료의 물성이 변화한다는 특징을 가지고 있다. 따라서 나노 재료는 기존 재료와는 다른 물리적, 화학적, 광학적 그리고 기계적으로 향상된 특성을 보여준다. 이러한 나노 재료의 여러 특성 중에서 본 연구에서는 광학적인 측면에 주목하여 연구를 진행하였다. 금속 산화물 나노 재료는 반도체 재료의 주요 특징인 밴드갭 에너지를 갖고 있으며, 이 밴드갭 에너지는 재료의 구조와 모양으로 쉽게 조절이 가능하다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 수직/복잡 금속 산화물 나노 재료를 제작하는 방법과 광전기 소자로의 응용 방법에 대해서 알아보았다.
수직 나노 재료를 이용한 연구는 산화아연 이온을 이용한 잉크를 제작하고 이를 잉크젯 기술을 이용하여 산화아연 시드 층을 특정한 기판 위에 선택적으로 형성한 뒤, 열수화학법을 이용하여 산화아연 나노와이어 구조체를 길러내었다. 본 방법을 이용하여 산화아연 트랜지스터를 제작하여 전기적 특성을 확인하였고, 산화아연의 밴드갭 에너지 특성을 이용하여 자외선 센서를 제작하여 작동 여부를 확인하였다.
또한, 열수화학법을 이용하여 합성한 산화철에 광환원 방법을 이용하여 은 나노 입자를 추가적으로 합성하여 복잡한 구조의 나노 재료를 제작하였다. 이와 같이 습식 방법으로 제작한 산화철/은 복잡 나노 구조 재료를 여러 가지 분석 방법을 이용하여 광학적으로 특성이 향상됨을 확인할 수 있었고, 최종적으로 태양광 물 분해 소자를 제작하여 에너지 소자로의 이용 가능성을 확인해 보았다.
