1. 본 연구팀에서는 2D 나노입자 콜로이드를 이용하여 액정표시장치(LCD)에 응용할 수 있음을 2014년 Nature Materials에 최초 발표하였고, 관련연구를 지속적으로 수행하여 연구결과를 Optics Express, Journal of Physical Chemistry C, Carbon, Langmuir 등 약 10여편의 학술지에 발표하였다. 기존 LCD에서 액정 분자들을 동작시키기 위해서는 1 V/μm 이상의 전기장이 필요하였으나, graphene-oxide (GO) 2D 나노입자를 이용한 콜로이드 액정에서는 이의 1/100 수준인 0.01 V/μm 의 전기장 세기에서도 동작함을 발견하였다. 이는 유기분자를 기반으로 한 기존 액정과 달리, 두께대비 입자 너비의 비가 매우 큰 2D 입자는 표면 근처 전기 이중층 (electrical double layer)의 전기장에 의한 재배열 현상에 의해 큰 전기적 반응성을 가지고 있기 때문이다. 이 때문에 인가 전기장 세기에 따른 광학적 비등방성 증가율을 의미하는 Kerr 계수가 기존에 알려진 어떠한 재료보다 큰 값을 가지고 있음을 확인하였다.

최근에는 광학적 투명성이 높고, 화학적 안정성이 우수한 ZrP 등의 2D 입자를 이용하여 응용성이 향상된 디스플레이 기술을 연구 중에 있다. 특히, ZrP 입자 표면에 다양한 고분자 막을 형성하여 입자간 마찰력과 반발력을 조절할 수 있음을 발견하였고, 이를 이용하여 자발적 배열상태를 가지는 nematic 상에서도 전기적 스위칭이 양호하게 수행될 수 있음을 확인하였다. Nematic 상에서의 스위칭을 이용하여, 전력이 차단된 상태에서 표시된 정보가 유지됨을 확인하였다 (기존 LCD에서는 전원을 차단하면 표시된 정보가 소실됨). 관련 연구는 삼성미래기술육성센터의 지원을 받아 연구 수행 중이다. 

- 대표논문: Electro-optical switching of graphene-oxide liquid crystals with an extremely large Kerr coefficient, (Nature Materials, 2014)
- 관련기사: ‘전기반응성 1000배 뛰어난 산화그래핀 액정재료 개발’ (전자신문) ‘전기반응성 1000배 높인 액정 개발’(세계일보) 등 

2. 본 연구팀은 2D 콜로이드를 이용한 광결정 (photonic crystal) 재료 연구를 수행하고 있다. 광결정은 염료나 발광 재료 없이, 재료의 규칙적 배열과 빛의 간섭현상을 이용하여 색을 표시할 수 있는 재료로 미래 디스플레이 기술, 태양광 기술, 광 센서 기술에 응용될 수 있어 주목을 받아 온 연구 분야이다. 기존에는 조절 가능한 광결정 구현을 위하여 구형 나노입자를 포함하는 콜로이드를 이용하여, 스펀지처럼 용매를 흡수하거나 배출하는 과정에서 부풀어오르거나 가라앉는 (swelling/ deswelling) 현상을 이용하는 방법이 연구되었으나, 이러한 방법은 기술 구현의 어려움 뿐 아니라, 색상 변조는 가능하지만 밝기 조절은 되지 않는 한계가 있었다. 본 연구팀에서는 2D 입자를 이용한 광결정을 제작하고, 농도 조절을 통하여 기존의 구형 입자 콜로이드에서와 같이 색상 변조가 가능할 뿐 아니라, 전기적인 방법으로 입자들을 회전시키는 방법으로 반사광의 밝기도 조절됨을 확인하였다. 본 연구팀에서는 또한 GO colloid, ZrP colloid 등에서 광결정 배열이 일어나는 원리를 규명하였고 기존에 알려진 바와 같이 lamellar 중간상을 가지는 것이 아니라 nematic 배열을 하고 있음을 발견하였다. 관련 연구는 NPG Asia Materials, Optics Express 등에 발표하였다. 

- 대표논문: Bottom-up and top-down manipulations for multi-order photonic crystallinity in a graphene-oxide colloid, (NPG Asia Materials, 2016)
- 관련기사: ‘산화그래핀 콜로이드를 이용한 광격자 조절기술 개발’ (브릿지경제) 등