발광 효율 높은 친환경 그래핀 양자점 개발…얇은 디스플레이 구현 가능성 주목

KAIST 공동 연구팀 성과

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진에 의해 그래핀 양자점 디스플레이를 위한 핵심기술이 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 28일 신소재공학과 전석우·물리학과 조용훈·전기및전자공학과 유승협 교수 공동 연구팀이 흑연을 이용해 발광 효율이 높은 그래핀 양자점을 개발했다고 밝혔다.

양자점은 수 나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 크기 구 형태의 반도체 나노입자로, 높은 효율과 빠른 광자 방출 등으로 차세대 양자정보 통신 기술로 주목받고 있다.

이 기술이 상용화되면 종잇장처럼 얇은 디스플레이 구현이 가능해진다.

연구팀은 반도체 신소재 그래핀의 원재료인 흑연에 염과 물을 혼합, 흑연층 간 화합물을 합성해 그래핀 양자점을 만들었다.

개발된 양자점은 기존 양자점과 달리 납, 카드뮴 등 독성 물질이 포함돼 있지 않고 자연에서 흔히 얻을 수 있는 재료들로 만들어 적은 비용으로도 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.

연구진은 또 양질의 그래핀 양자점이 만들어지면서 그동안 설명되지 않았던 그래핀 양자점의 발광 원인도 밝혀냈다.

특히 밝기가 1000칸델라(cd/㎡)에 달해 최대 밝기가 수백 칸델라 정도인 기존 휴대전화 디스플레이에 비해 발광효율이 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 그래핀의 고유한 특성이 변환되면서 발광한다는 사실을 알아내고 이를 이용해 고휘도의 LED를 만드는데도 성공했다.

전석우 교수는 “LED의 발광 효율에는 미치지 못하지만 앞으로 더 향상될 가능성이 크다”면서 “그래핀 양자점은 종잇장처럼 얇은 디스플레이나 커튼 등 유연한 소재에 원하는 정보를 표시할 수 있는 기술 등에 응용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 나노 기술 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼스’(Advanced Optical Materials) 지난 20일자 온라인판에 실렸다.

그래핀 양자점 합성 과정.[사진=KAIST 제공