유기태양전지는 간단한 제작 공정과 저비용 제작이 가능하고 플렉서블 소자를 제작할 수 있는 장점을 가지고 있어서 많은 연구자들이 관심을 가지고 있다. 하지만 현재 유기태양전지의 효율은 낮기 때문에 실리콘 기반이나 화합물 기반의 태양전지에 비해서 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 유기태양전지의 효율을 높이기 위한 다양한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히 나노구조를 가지는 광활성층을 사용하여 제작된 고효율 유기태양전지에 대한 연구가 이루어지고 있다. 나노구조를 가지는 유기태양전지는 생성된 엑시톤을 분리시킬 수 있는 계면이 넓어지기 때문에 전하 분리 효율을 높아지게 되고, 고효율의 유기태양전지를 제작할 수 있게 된다. 또한, 넓은 광흡수 스펙트럼을 가지는 양자점을 활용하는 연구도 함께 진행되고 있다. 양자점을 사용하여 유기태양전지의 효율을 높이는 실험이 진행되고 있지만, 실제 효율을 높이는데 많은 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체를 사용하여 요철 구조를 가진 광활성층을 사용한 유기태양전지를 제작하였다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체는 물질에 비해서 넓은 광흡수 영역을 가져서 생성된 엑시톤의 양을 늘리는 역할을 한다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 만든 요철 구조는 평면구조로 제작한 요철 구조에 비해서 계면에서 균일한 적층이 가능한 나노구조가 제작되기 때문에, 계면에서 일어나는 전하 손실을 줄일 수 있다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 제작된 요철 구조를 사용한 유기태양전지가 기본 소자에 비해서 상당한 효율 향상을 확인하였다. 양자점을 포함한 나노복합체로 제작된 유기 태양전지의 효율증진 메커니즘을 논한다.
백색 유기발광소자는 빠른 응답속도, 높은 색재현율 및 높은 색안정성의 특성으로 차세대 친환경 백색 광원으로 많은 주목을 받고 있다. 유기발광소자와 양자점을 혼합하여 사용한 백색 유기발광소자는 양자점의 높은 색순도와 고효율의 장점을 가지고 있기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 녹색 및 적색 양자점을 색변환층으로 이용한 백색 유기발광소자는 두 양자점의 혼합 비율에 따라 연색성 및 색안정성이 변화하기 때문에 이에 관련 된 연구가 필요하다. 본 연구에서는 높은 색안정성을 가지는 백색 유기발광소자를 제작하기 위해 청색 유기발광소자 위에 용액 공정으로 녹색 및 적색 빛을 방출하는 CdSe/ZnS 양자점을 포함하는 색변환층을 도포했다. 녹색 및 적색 양자점은 250 nm부터 500 nm의 넓은 광 흡수대역을 가지고 있기 때문에 465 nm의 청색 발광소자의 빛을 흡수하여 각각 적색과 녹색 발광을 할 수 있다. 녹색 및 적색 양자점의 혼합 비율에 따른 광발광 스펙트럼 측정 결과를 통해 녹색 및 적색 양자점의 최적 혼합 비율이 7:3임을 확인하였다. 최적의 혼합 비율을 사용하여 제작 된 백색 유기발광소자의 전기적 및 광학적 특성을 전류-전압 측정과 전계발광 측정으로 비교 분석하였다. 9 V에서 14 V로 전압이 변화하는 동안 백색 유기발광소자의 색좌표의 변화는 (0.35, 0.33)에서 (0.35, 0.32)로 높은 색안정성을 나타냈다. 본 연구 결과는 유기발광소자와 양자점을 혼합하여 사용한 백색 유기발광소자의 높은 색안정성에 대한 기초자료로 활용할 수 있다.
고효율 및 낮은 구동 전압을 가지는 유기 발광소자를 제작하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 고효율 및 낮은 구동전압을 가지는 p-i-n 유기발광소자는 정공수송층에 p형 무기 도펀트를 도핑하고, 전자수송층에 n형 무기 도펀트를 사용하여 제작하지만, 무기 도펀트는 높은 온도에서 증착하기 때문에 챔버 내의 다른 유기 물질들이 함께 증착되거나 유기 박막에 손상을 가져올 수 있는 단점을 가지고 있기 때문에 유기물 n형 도펀트의 경우는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 유기 p형 도펀트인 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene hexacarbonitrile과 유기 n형 도펀트인 bis (ethylenedithio)-tetrahiafulene (BEDT-TTF)를 사용하여 p-i-n 구조의 유기 발광소자를 제작하였다. 유기 n형 도펀트인 BEDT-TTF는 전자수송층 사이에서 산화-환원 반응을 통해 많은 전자를 생성하게 되고, 증가한 전자들로 인해서 Al 음극전극과 전자수송층 사이의 에너지장벽이 낮추는 역할을 하게 된다. BEDT-TTF를 도핑하지 않은 유기 발광소자보다 BEDT-TTF를 도핑하였을 때, 100 cd/m2 일때 약 2.4 V 작동 전압의 감소를 관측할 수 있었다. 이 결과는 음극전극으로부터 발광층으로 전자의 주입이 원활하게 되고, 그 결과 낮은 구동전압 및 고효율을 가지는 p-i-n 유기 발광소자를 제작할 수 있다는 것을 보여준다.
유기발광소자는 낮은 구동전압과 높은 명암비, 높은 색 재현성을 장점으로 차세대 디스플레이로 주목 받고 있다. 또한, 유기발광소자는 다층 발광층을 사용하여 단일 소자에서 적색, 녹색, 및 청색의 광원을 동시에 표현할 수 있기 때문에 차세대 디스플레이와 백색 조명 광원으로 많은 응용 가능성을 보이고 있다. 특히 백색 조명과 관련된 유기발광소자 기술은 가정용면 광원과 농작물 재배 광원 등의 다양한 용도로 사용 가능하며, 낮은 전력 소모로 인한 친환경에너지로 활발한 연구가 진행 중이다. 고효율 백색 유기발광소자를 제작하기 위해서는 소자에 주입되는 정공과 전자의 양을 조절하여 발광층 내에서 다수의 전자-정공쌍을 형성하여야 하는데, 유기발광소자에서 정공의 이동도는 전자의 이동도보다 약 103 정도 크기 때문에 전자의 이동도를 증가할 필요가 있다. 본 연구에서는 전자의 이동도가 다른 tris(8-hydroxyquinolate)aluminum (Alq3)와 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen)을 전자수송층으로 사용한 백색 유기발광소자를 제작하여 전기적 및 광학적 특성을 관찰하였다. BPhen 전자수송층을 사용한 유기발광소자는 Alq3 전자수송층을 사용한 유기발광소자보다 높은 전자이동도를 가지고 있어서 고효율의 유기발광소자 제작이 가능하다. 이러한 결과를 바탕으로 유기발광소자의 발광층으로 청색 빛을 내는 4,4'-bis(2,2'-diphenylvinyl)-1,1'-biphenyl와 황색 빛을 내는 5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene을 사용하여 백색 유기발광소자를 제작하고 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다.
염소 소독시 유기성 클로라민 생성에 대한 대부분의 연구가 모델 화합물질(예, 아미노산)을 사용한 연구결과로, 실제 자연상태에서 발생된 용존유기질소(DON)에 의한 유기성 클로라민 생성에 적용할 수 없다. 본 연구는 지표수에서 추출된 16개 천연유기물질(NOM)을 사용하여 염소 소독시 DON이 유기성 클로라민 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 크게 염소 주입량과 반응시간, 그리고 DON 분자량이 유기성 클로라민 생성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 염소 주입량을 변화시킨 시험결과, 소비된 염소량 1 mg당 0.25 mg이 유기성 클로라민으로 전환되었다. DON은 염소와 반응하여 10분 이내에 빠르게 유기성 클로라민을 생성하였고, 그 후 계속해서 분해(가수분해, 산화)되었다. 반응시간 10분과 24시간의 유기성 클로라민 평균값은 각각 0.78과 $0.16mg-Cl_2/mg-DON$이었다. NOM의 DOC/DON 비율이 낮을수록, 즉 NOM내 DON의 함량비가 높을수록 유기성 클로라민 생성율이 높았다. 10,000 Da 분획시험 결과, DON의 분자량은 유기성 클로라민의 생성에 큰 영향을 미치지 않았다.
천연유기물질(NOM)과 모노클로라민이 반응할 때 NOM내 용존유기질소(DON)가 유기성 클로라민의 생성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 실험에 사용된 16가지 NOM의 용존유기탄소(DOC)에 대한 DON의 비(DOC/DON)는 7~47 mg-C/mg-N이었다. NOM 용액의 모노클로라민 반응시 유기성 클로라민 생성 농도는 24시간 후에 최대치(평균값 $0.16mg-Cl_2/mg-N$)로 염소반응에 비하여 유기성 클로라민의 생성량은 적었으나, 분해되어 감소되는 속도는 낮아 반응 120시간 후에 최대치 대비 평균 56% 감소되었다. NOM내 DON의 함유비가 높은 경우(DOC/DON 비가 낮은 경우)에 유기성 클로라민의 생성량이 상대적으로 높게 나타났으나, 소수성, 친수성, 중간성, 콜로이드성 등 NOM의 특성에 따른 유기성 클로라민 생성량의 차이는 크지 않았다. 모노클로라민의 주입량을 증가시킬수록 유기성 클로라민 생성량이 선형적으로 증가하였고($R^2=0.91$), 주입된 모노클로라민 중 6%가 유기성 클로라민으로 전환되어 모노클로라민 소독시 유기성 클로라민 형성에 의한 소독능 저하는 크게 우려할 바는 아닐 수 있다.
관행재배 농산물에 대한 유기재배 농산물의 우수성이 구전되고 있으나 객관적인 과학적 데이터가 부족한 실정이다. 그래서 본 연구에서는 한국인이 주식으로 하고 있는 쌀(동진 1호)을 대상으로 생산이력이 분명한 유기 및 관행재배 시료를 이용하여 독자적으로 확립한 분석법을 이용해 유기 및 관행재배 쌀에 함유된 생리활성성분의 함량 비교를 행하였다. 생리활성성분 분석은 $\gamma$-oryzanol, $\beta$-sitosterol 및 tocopherol류를 대상으로 행하였다. 쌀에 함유된 주요 4종의 $\gamma$-oryzanol류의 동정을 위해 그 4종 화합물들을 ESI-MS 및 NMR 분석을 행한 결과, ODS 컬럼 상에서 cycloartenyl ferulate, 24-methylene cycloartenyl ferulate, campesteryl ferulate 및 $\beta$-sitosteryl ferulate 순으로 용출됨을 확인하였다. 동정된 각 성분들을 HPLC로 분석한 결과, cycloartenyl ferulate와 $\beta$-sitosteryl ferulate의 함량은관행보다 유기재배 쌀에서 유의(p<0.05)하게 높은 값을 보였다. 또한 $\gamma$-oryzanol 중 24-methylene cycloartenyl ferulate와 campesteryl ferulate의 함량은 유의차는 인정되지 않았으나 관행보다 유기재배 쌀에서 더 높은 경향을 보였다. 그리고 $\beta$-sitosterol 함량에 있어서는 유의차가 인정되지 않았으나 관행보다 유기재배 쌀에서 더 높은 경향을 나타냈다. 관행재배와 유기재배 쌀의 tocopherol류의 함량을 분석한 결과, $\alpha$-tocopherol의 함량에 있어서는 관행과 유기재배 쌀 간의 유의차가 관찰되지 않았고, $\beta$- and/or $\gamma$-tocopherols의 함량에 있어서는 유기재배 쌀에서 더 높은 경향이 관찰되었다. 이처럼 쌀에 함유된 생리활성 성분과 그로 인해 발휘되는 기능성 측면에 있어서 유기농산물의 우수성은 유기농산물 재배 농가의 수익 창출에 도움이 되는 홍보자료 제공 및 식품 기능학적 측면에 있어 중요한 기초자료로 활용될 수 있으리라 기대된다. 그러나 본 결과는 본 실험에서 대상으로 한 시료에 한정될 수 있으며, 유기재배 방법과 재배환경 및 조건에 따라 다양한 결과가 얻어질 수 있음에 주의가 요구된다.
본 연구에서는 2008년 전라남도 나주시 반남지역과 노안지역 두 곳의 벼 농가포장에서 유기재배 및 관행(일반)재배 시험을 수행하고 벼 병충해발생, 생육 및 수량, 그리고 쌀의 품위 및 품질을 비교 분석하였다. 시험의 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 벼 병충해 방제는 노안지역 관행재배는 2회, 반남지역 관행재배는 4회 실시하였으며 유기재배는 노안, 반남지역 모두 2회 실시하였다. 포장에서 벼 병해충은 줄무늬잎마름병, 잎도열병, 이삭도열병, 잎집무늬마름병, 흰잎마름병, 혹명나방, 멸구류가 주로 발생하였다. 벼 병해충 중 잎도열병, 이삭도열병, 혹명나방은 관행재배보다 유기재배에서 발생이 많았다. 2) 벼생육상황은 간장이나 수장은 관행재배에 비해 유기재배에서 약간 짧은 경향이었다. 노안지역은 유기재배의 경우 관행재배에 비해 주당수수는 0.6개 정도 많았으나 수당입수, 등숙비율, 정현비율, 현미 천립중이 낮았다. 반면 반남지역은 유기재배의 경우 관행재배에 비해 주당수수는 0.8개 정도 적었으나 수당입수와 등숙비율은 높았고 정현비율은 낮았다. 전체 수량은 유기재배가 관행재배에 비해 노안지역은 84% 수준이고, 반남지역은 94% 수준이었다. 3) 쌀의 품위는 노안지역과 반남지역 두 지역 모두 완전립율이 관행 재배보다 유기재배에서 낮은 경향을 보였다. 쌀의 품질은 반남지역의 경우 유기재배시 기비로 사용한 질소가 관행재배에 비해 많아서 늦게 비효가 발현되어 이삭도열병, 혹명나방 피해가 발생하여 관행재배에 비해 단백질, 취반미 윤기치값이 낮았다. 반면 노안지역의 경우 유기재배시 기비로 사용한 질소가 관행재배에 비해 적어서 관행재배보다 단백질, 백도, 취반미 윤기치 값 등에서 양호하게 나타났다. 이상의 연구 결과를 소비자들에게 홍보하여 이들로부터 소비를 촉진케 함으로써 벼 유기재배 농가의 소득증대에 기어코자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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