이시우 포스텍 화학공학과 교수 연구팀이 탄소 양자점 표면을 개질해 색 순도를 기존 유기발광체와 대등한 수준으로 끌어올리는 데 성공했다.
이번 연구에는 권우성 포스텍 화학공학과 박사와 도성안 박사과정, 정문석 성균관대 교수, 김지희 박사가 참여했다.
개질은 재료 본연의 특성만으로 원하는 성능과 기능을 발휘할 수 없을 때 재료 표면에 열에너지, 응력 등을 부가해 새로운 표면층을 형성하는 방법을 말한다.
이 교수 연구팀은 신맛을 내는 과일에 함유된 시트르산을 이용해 탄소 양자점을 합성한 뒤 아닐린(벤젠과 함께 유기화학·화학공업 분야에서 주로 이용되는 화합물)을 이용, 표면을 개질하는 방법으로 색 순도를 대폭 개선했다. 표면 개질이 탄소 양자점 전자구조에 미치는 영향은 레이저 분광실험을 통해 규명했다.
실험 결과 기존 탄소 양자점에서 나오는 광폭이 100㎚ 정도인데 비해 표면 개질된 탄소 양자점 광폭은 이보다 10배 가까이 줄어든 10㎚에 불과했다. 표면 개질된 탄소 양자점이 기존 유기발광체와 대등하거나 더 우수한 색 순도를 유지한다는 것을 의미한다.
연구팀은 또 표면 개질된 탄소 양자점을 이용해 초록색, 노란색, 주황색, 빨간색을 나타내는 필름 형태 유기발광소자를 시연했다. 이렇게 만들어진 유기발광소자는 중금속을 이용하지 않아 친환경적이며, 제작 단가가 낮고 열에 안정적이어서 다양한 형태 조명기구, 태양전지, 센서 등에 활용할 수 있다.
이시우 교수는 “표면 개질된 탄소 양자점은 미래 다양한 형태 발광소자 제작 밑바탕이 될 것”이라며 “특히 에너지 효율이 높은 조명기기 산업화 과정에서 기존 발광체 기술에 응용할 수 있을 것”으로 기대했다.
삼성전자 미래기술육성센터 지원을 받아 수행된 연구 성과는 최근 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 소개됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
