KIST 연구팀, 고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀이 고결정 물질을 이용해 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열해 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도, 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성했다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용했으며, 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)을 띤다.

이에 따라 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정(약 200°C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가져 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다는 이점이 있다.

탄소 기반 나노·마이크로 구조체의 경우 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다.

배수강 KIST 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심"이라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다.

이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 고기능성 유·무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다.

한편 이번 연구는 미국화학학회가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스의 2016년 3월호에 게재됐다.