아주대학교 분자과학기술학과 켐바이오메디신 교육연구단 윤상은 연구원
절연체로만 알려진 고분자가 공액 구조를 가지게 되면 반도체 성질을 가질 수 있다는 사실을 깨달은 후, 공액고분자 분자도핑에 큰 흥미를 가지며 본 연구분야를 선택하게 되었습니다. 그렇게 유기공액소재의 분자도핑과 광전자소자 응용에 관련된 연구에 집중하며 Advanced Materials, Advanced Functional Materials 등의 우수 국제 학술지에 총 14편의 논문(제1저자 8편)을 발표하고 2건의 특허를 출원한 윤상은 연구원은 BK21 사업의 환경 조성이 열정을 뒷받침해주는 선순환 구조의 핵심이며, 세계로 나아갈 미래의 자신과 과거의 지혜를 잇는 끈이라고 말합니다.
안녕하세요, 저는 아주대학교 분자과학기술학과에서 석박통합과정으로 재학 중인 윤상은이라고 합니다. 현재 아주대 분자과학기술학과 유무기 광전자 소재 및 소자 연구실에서 분자 도핑을 통한 전도성 고분자 응용 소자 개발을 연구하고 있습니다.
현대 사회는 반도체를 기반으로 하여 이루어져있다고 고등학생 때부터 얼핏 느끼고 있었습니다. 학부 과정을 응용화학생명공학을 전공하였는데, 재료적인 관점에서 반도체의 물성을 조절하는 공학적 방법론이 큰 흥미를 끌었습니다. 더 나아가 전통적인 무기물 기반의 반도체 재료를 넘어 유연하고 가벼워 이 실생활에 더 친숙히 다가올 수 있는 유기물 전자 소재 및 소자 분야에 관심을 가지게 되었습니다. 그 후 아주대학교 분자과학기술학과에 진한 분자도핑을 통한 고분자 반도체 및 전도체 연구를 하게 되었습니다.
저는 석박통합기간동안 반도체 성질을 가지는 공액고분자를 ‘도핑’이라는 방법을 이용하여 반도체부터 전도체까지 전기적 성능을 조절하는 연구를 진행하였습니다. 유기물 반도체에 도판트를 섞을 때 전하 전달이 발생하게 되는데, 반도체에 들어가는 도판트의 양을 조절하여 전기적 성능을 조절 할 수 있습니다. 저는 공액고분자 박막의 기존 도핑 한계점을 넘어설 신규 도핑방법들을 제시하여 고전도성, 고투과성을 가지며 유연하기까지 한 공액 고분자 박막을 개발하였습니다. 개발된 도핑 공정을 통해 확보한 고분자 전도체 박막이 광전자 소자의 신축유연성 전극으로, 고효율 열전에너지 변환필름으로 활용될 수 있으리라 생각됩니다.
모두가 겪는 것처럼 실험을 여러 번 해도 실패하고, 해외 저널에 논문이 거절 되었을 때 부정적인 감정이 마음에 생깁니다. 이때는 의도적으로 다른 연구 분야 논문이나 인터넷에 올려진 유명 해외 연사의 세미나를 찾아들으면서, 새로운 식견 그리고 아이디어를 생각합니다. 그러면서 신체활동도 겸하는데 볼링을 치면서 볼링공과 볼링핀의 경쾌한 파열음을 듣습니다. 이렇게 잠시 하던 것에 눈을 돌리고 다시 원래 하던 연구로 돌아오면 새로운 감각으로 미쳐 생각지도 못했던 해결책이 보이기 때문에 저는 이렇게 슬럼프를 극복 하곤 합니다.
현재 저는 도핑된 유기물 반도체의 전하 수송 및 도핑 메커니즘 에 관한 연구에 관심이 있습니다. 전통적인 무기물 반도체 및 전도체에서의 전하 전달 이론과는 다르게, 유기물 반도체는 박막의 결정성, 화학구조의 영향을 받아 전하 수송이 독특하게 일어납니다. 이러한 연구결과들이 제가 추구하는 도핑을 통한 고전도성 유기물 반도체 박막의 힌트라 생각하여 현재 주목하고 있습니다. 도핑을 응용한 관심분야로는 도핑의 원리가 사용되는 유기전기화학트랜지스터(OECT) 분야에 관심이 있습니다. 유기전기화학트랜지스터는 제가 연구하는 도핑과 결이 비슷합니다. 유기물 반도체 박막위에 액체전해질 전압을 가하여 유기물 반도체 박막에 이온을 확산시켜 전류 신호를 증폭시키는 분야로, 뉴로모픽 소자, 차세대 바이오 헬스케어 응용연구로 확장가능성이 있습니다.
아주대 분자과학기술학과에 입학하고 나서부터 쭉 BK21과 함께 연구를 진행하였는데요, 이러한 수상이 있는 줄도 모르고 있었습니다. 하고 싶은 연구분야를 하는 것만으로도 만족 하고 있었는데, 우수인력으로 선정되었다고 전해 들었을 때는 너무 기쁜 마음이 들었고 곧바로 가족과 그 기쁨을 함께 나누었습니다. 제가 꾸준히 연구성과를 내는 것에 대한 포상이라 생각하여, 일희일비 하지 않고 지금 하는대로 계속 연구활동, 지속하도록 하겠습니다.
저는 BK21을 4번 모두 참여하고 있는 아주대학교 분자과학기술학과에 진학하게 되어, 자연스럽게 BK21 사업의 일원이 될 수 있었습니다. BK21플러스 때부터 참여를 하게 되었고, 4단계 BK21사업을 저희 분자과학기술학과 교수님들 덕분에 계속해서 혜택을 받을 수 있게 되었습니다.
BK21 연구단 소속끼리 유기적으로 의견을 교환하기 쉽고, 선진 연구를 학습하기 위해 해외학회 참가를 장려하는 연구단 차원의 연구 환경 조성 덕분에 제가 진행하던 공액 고분자 도핑 연구에 대한 새로운 시선을 가지게 되었습니다. 저는 기본적으로 이러한 환경 덕분에 ‘내가 하고 있는 도핑 분야와 어떻게 엮어서 좋은 연구를 할 수 있을까?’ 라는 생각을 먼저 하게 되었습니다. 같은 연구단 소속에 있는 선후배의 연구자들의 연구 분야를 따로 공부하여, 간단한 실험을 통해서 그 가능성을 확인하고 선행연구 데이터를 얻은 뒤에 연구단 소속 연구실과 공동연구를 주도적으로 진행하여, 제가 생각한 전략을 실험적으로 증명을 하고 실적을 내는 선순환 구조가 이어졌습니다. 열정을 뒷받침 해주는 BK21 연구단의 환경 조성이 이 선순환 구조의 핵심이고, 제가 수혜를 받아 연구역량이 크게 발전하였습니다.
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<사진3> MRS(boston) 2019 학회참여-1 -
<사진4> MRS(boston) 2019 학회참여-2 -
<사진5> KJF-ICOMEP (nagoya) 2018 학회참여 -
<사진6> ICT/ACT (경주) 2019 학회참여
BK21 사업단 끼리 교류의 장이 더 홍보 및 확대가 필요하다고 생각됩니다. 최근에 유튜브로 진행한 사업단 성과 발표회 방식이 인상 깊었는데, 비슷한 형식으로 참여 대학원생들 끼리 연구성과 교류회를 할 수 있다면 좋지 않을까 생각이듭니다.
저에게 연구는 “궁금함의 재미를 남들과 공감하는 것”입니다. 제가 흥미를 느끼는 현상을 남들이 이해할 수 있게 설명하고 공감을 얻는 과정이 계속 연구를 하게끔 만드는 원동력이라고 생각합니다.
관찰력, 성실성이라고 생각합니다. 실험을 하거나 어떤 현상을 관찰 할 때 끈기와 집중력을 가지고 관찰을 해야, 실험 과정 중에 놓치기 쉬운 흥미로운 현상을 발견할 수 있고 좋은 연구 주제를 잡을 수 있는 것 같습니다. 그 다음에 성실하게 꾸준히 연구를 지속한다면, 실패와 성공을 주기적으로 반복하면서 성장 할 수 있습니다. 성실하게 하고 있는 연구를 계속 하게 되면 전문성을 가지게 되어 비로소 다른 연구자들에게 어필할 수 있는 ‘기본’적 소양을 갖출 수 있다 생각합니다. 그렇기에 관찰력과 성실성이 저는 가장 중요한 자질이라 생각합니다.
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<사진7> 실험실 사람들과 논문 축하 식사자리 -
<사진8> 지도 교수님과 함께 -
<사진9> 후배들과 함께 -
<사진10> 실험실 사람들과 함께
연구를 진행하면서 저는 저희 실험실 사람들에게 감사인사를 전하고 싶습니다. 제가 연구적으로 슬럼프가 왔을 때, 저의 부사수들 그리고 동기들과 같이 시시콜콜 얘기를 나누고 미래에 대해 얘기하면서 버틸 수 있었던 것 같습니다. 그리고 공동연구에 도움을 주셔서 원활한 연구를 할 수 있게 해주셨던 건국대 김봉기 교수님, UNIST 김봉수 교수님, 곽상규 교수님, 한국외대 김태경 교수님, 아주대 서형탁 교수님, 김상욱 교수님 그리고 KIST 권지언 박사님에게도 감사인사를 드리고 싶습니다. 그리고 연구에 있어서 연구적으로 영감을 주시는 서울대 강기훈 교수님과 화학연구원 강영훈 박사님 그리고 KIST 김진홍 박사님에게 감사하다고 이 자리를 빌어 전하고 싶습니다.
저는 지도교수님인 아주대학교 분자과학기술학과 김종현 교수님께 존경을 표하고 싶습니다. 2017년부터 교수님의 지도아래 저의 미숙했던 점을 현재 까지도 고쳐나가고 있습니다. 교수님께서는 학문적인 부분뿐만 아니라 저에게 인품, 성품, 사회적으로 됨됨이에 대해서 저에게 조언을 해주십니다. 저는 그러한 교수님의 연구적 발자취, 삶의 태도, 주변 인간관계 모두를 닮고 싶고 이 인터뷰 자리를 빌려 김종현 교수님에게 감사하다는 말씀을 드리고 싶습니다.
저는 반도체 재료의 도핑 관련 연구를 하는 독립적인 연구자가 되어 있지 않을까 생각합니다. 훗날 생겨날 연구단 및 조직에서 저의 도핑 연구가 조직이 당면한 문제를 해결할 수 있는 핵심기술이 될 수 있다면 얼마나 좋을까요? ‘도핑’ 하면 떠오르는 연구자로 기억되어 지도교수님과 공동연구를 할 수 있는 연구자로 성장하는 상상을 해봅니다.
대가를 기대하지 말고, 베풀면서, 우직하게 정진하라고 조언해주고 싶습니다. 저는 지도교수님 조언을 따르고, 주변에 관심을 가지고 도움을 주다보니 세계적인 연구를 어느 샌가 하고 있었습니다. 조급하게 혼자서 여러 계단을 뛰어넘으려 하지 말고 모두와 같이 올라가려 하다보면 추후 성장해있는 모습을 발견하고 있으리라 생각합니다.
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참여인력 제 1저자
- aS. E. Yoon, aB.Kim, S.Y.Chun, S.Y.Lee, D.Jeon, M.Kim, B.E.Seo, K.S.Choi, T.Kim, H.Seo, K.Kwak, J.H.Kim,*B.Kim,* “Impact of Molecular Weight on Molecular Doping Efficiency of Conjugated Polymers and Resulting Thermoelectric Performances” Adv. Funct. Mater. 2202929 (2022) (a: equal contribution of this work)
- aJ. M. Han, aS. E. Yoon, K. H. Jung, O. Bae, D. Kim, U. Kim, H. Seo, F. S. Kim, K. C. Kim, J. H. Kim*, B-G. Kim* “Optimized Selection of Dopant Solvents for Improving the Sequential Doping Efficiency of Conjugated Polymers”, Chem. Eng. J. 431, 133779 (2022) (a: equal contribution of this work)
- S. E. Yoon, J. M. Han, B. E. Seo, O-P. Kwon, S-W. Kim, B. G. Kim, J. H. Kim* “Optimized Selection of Dopant Solvents for Improving the Sequential Doping Efficiency of Conjugated Polymers”, Org. electron. 90, 106061 (2021)
- aS. E. Yoon, aJ.Park,aJ.E.Kwon,S.Y.Lee,J.M.Han,C.Y.Go,S.Choi,K.C.Kim,H.Seo,*J.H.Kim,*B.G.Kim* “ImprovementofElectricalConductivityinConjugatedPolymersthroughCascadeDopingwithSmallMolecularDopants”, Adv. Mater. 2005129 (2020) (a: equal contribution of this work) *Highlighted as Front Cover
- aS. E. Yoon, aY. Kang, aG. G. Jeon, D. Jeon, S. Y. Lee, S.-J. Ko, T. Kim, H. Seo, B-G. Kim, * J. H. Kim* “Exploring Wholly Doped Conjugated Polymer Films Based on Hybrid Doping: Strategic Approach for Optimizing Electrical Conductivity and Related Thermoelectric Properties”, Adv. Funct. Mater. 2004598 (2020) (a: equal contribution of this work) *Highlighted as Front Cover
- aS. E. Yoon, aS.J.Shin, S. Y. Lee, G. G. Jeon, H. Seo, J. Zheng*, J. H. Kim*, “Strategic Side-Chain Engineering Approach for Optimizing Thermoelectric Properties of Isoindigo-Based Conjugated Polymers”, ACS Appl. Poly. Mater. 2, 7, 2729 (2020) (a: equal contribution of this work)
- aJ. Park,aS. E. Yoon, aJ.Lee,D.R.Whang,S. Y. Lee, S. J. Shin, J. M. Han, H. Seo, H. J. Park*, J. H. Kim*, B-G. Kim*, “Unraveling Doping Capability of Conjugated Polymers for Strategic Manipulation of Electric Dipole Layer toward Efficient Charge Collection in Perovskite Solar Cells”, Adv. Funct. Mater. 2001560 (2020) (a: equal contribution of this work)
- aS. E. Yoon,aY.Kang,S.Y.Noh,J.Park,S. Y Lee, J. Park, D. W. Lee, D. R. Whang, T. Kim. G.-H. Kim, H. Seo, B. G. Kim*, and J. H. Kim*, “High Efficiency Doping of Conjugated Polymer for Investigation of Intercorrelation of Thermoelectric Effects with Electrical and Morphological Properties”, ACS Appl. Mater. Inter. 12, 1, 1151-1158(2020) (Published on Jan. 2020) (a: equal contribution of this work)
- aK. J. Lee, aS. E. Yoon, G. G. Jeon, S. H. Jung, T. H. Jung, N. Cho, J. S. Yun, J. Kim, AWY. Ho-Baillie, J. H. Baek*, M. Song*, J. H. Kim*, “Reconsideration of the gallium nitride: Dual functionality as an electron transporter and transparent conductor for recyclable polymer solar cell substrate applications” Sol. Energy Mater. Sol. Cells 200, 109971 (2019) (a: equal contribution of this work)
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참여인력 공저자
- aA. Tripathi, aB. E. Seo, M. J. Kim, Y. Lee, S. Lee, S.E. Yoon, U. J. Kim, Y. W. Kwon, H. Seo, K. Kwak, J. H. Kim,* H. Y. Woo* Adv. Electron. Mater. 2200456 (2022)
- S-K. Choi, Y. Lee, S. E. Yoon, H. Choi, J. Kim, J. H. Kim, S. Lee, W. Kim, E. Kim* “A tetrazine-fused aggregation induced emission luminogen for bioorthogonal fluorogenic bioprobe” Sens. Actuators B Chem. 129966 (2021)
- S-K. Choi, J. G. Rho, S. E. Yoon, J-H. Seok, H. Kim, J. Min, W. Yoon, S. Lee, H. Yun, O-P. Kwon, J. H. Kim, W. Kim*, E. Kim* “A full color tunable aggregation-induced emission luminogen for bio-imaging based on an indolizine molecular framework” Bioconjugate Chem. 31, 11, 2522-2532 (2020)
- aK. J. Lee, aJ-W. Min, B. Turedi, A. Y. Alsalloum, J-H. Min, Y. J. Kim, Y. J. Yoo, S. Oh, N. Cho, R. C. Subedi, S. Mitra, S. E. Yoon, J. H. Kim, K. Park, T-H. Chung, S. H. Jung, J-H. Baek, Y. M. Song, I. S. Roqan, T. K. Ng, B. S. Ooi*, O. M. Bakr* “Nanoporous GaN/n-type GaN: A Cathode Structure for ITO-Free Perovskite Solar Cells” ACS Energy Lett. 5, 10, 3295-3303 (2020)
- aH. L. Noh, aB. M. Oh, S. Baek, S. H. Park, G. G. Jeon, S.E. Yoon, J Zheng, O-P. Kwon, S-W. Kim, J. H. Kim* “Acid (g)/base (g)-controlled reversible Δv1/2 of absorption spectrum of a functional dye film” Dyes and Pigments 108457 (2020)
- J. Park, S.E. Yoon, Y. Kang, I. Lee, J. H. Kim, B-G. Kim* “Doping characteristics of isoindoloindole-based conjugated polymer toward robust transformable organic conductor”, Org. electron. 75, 105435 (2019)
- D. W. Lee, Y. Kang, B. H. Jo, G. G. Jeon, J. Park, S.E. Yoon, J. Zheng, T. K. Ahn, H. J. Park, B-G. Kim*, J. H. Kim* “Morphology and charge recombination effects on the performance of near-infrared photodetectors based on conjugated polymers” Org. electron. 64, 274-279 (2019)