꿈의 나노물질 ‘그래핀’ 활용방안 마련돼
[대전=뉴스봄] 구태경 기자 = 첨단 나노물질로 각광 받던 ‘그래핀’의 활용방안이 제시돼 디스플레이 분야의 기술이 한 단계 높아질 것으로 기대된다.
KAIST 생명화학공학과 박오옥 교수 연구팀이 포도당을 기반으로 한 그래핀 양자점의 합성기술을 개발했으며 이를 이용해 안정적인 청색 빛을 내는 그래핀 양자점 발광소자를 제작했다.
이어 연구팀은 그래핀 양자점을 발광체로 응용해 디스플레이를 제작해 현 디스플레이 분야의 난제인 청색 발광을 구현하면서 안정적인 전압범위에서 발광하는 것을 확인했다.
박 교수는 “최초로 개발된 단결정 그래핀 양자점 용액 합성법은 그래핀의 다양한 분야 접목에 크게 기여할 것”이라며 “이를 잘 응용하면 유연 디스플레이 또는 베리스터와 같은 반도체 성질을 갖는 그래핀의 역할이 제시될 것”이라고 밝혔다.
꿈의 나노물질이라고 불리는 그래핀은 흑연을 원료로 만들어지며 우수한 열, 전기 전도도와 투명도를 가져 차세대 전자재료로 주목받았으나 도체의 특성을 가진 그래핀은 반도체로 적용하기 어려워 그동안 활용에 제약이 있었다.
그래핀 양자점은 그래핀을 작은 나노 크기로 줄이면 반도체의 특성인 밴드갭을 가져 발광특성을 보이게 돼 활용할 수 있게 되는 것을 말한다.
기존 단결정 그래핀은 구리-니켈 기반 금속박막 위에 화학 기상 증착법인 ‘CVD’를 이용하거나 흑연을 물리·화학적 방법으로 벗겨내는 기술로 만들었으나 이 방법으로 제작한 그래핀은 결함이 매우 많아 순수한 단결정의 특성을 가지지 못하는 한계가 있었다.
이번에 개발된 그래픽 양자점은 종전의 물리·화학적인 제작이 아닌 포도당 수용액에 아민과 초산을 일정 비율로 혼합해 반응 중간체를 형성하고 이를 안정적인 용액으로 구현해 기존과는 매우 다른 우수한 합성 과정을 보였다.
또한 연구팀은 형성된 중간체의 자가조립을 유도해 단결정의 그래핀 양자점을 용액상으로 합성하는 데 성공해 이 과정에서 기존의 복잡한 분리 정제법을 개선한 저온 침전 분리법을 개발했다.
연구팀은 “이번 연구를 통해서 수 나노미터에서 100 나노미터 수준의 단결정 크기를 원하는 대로 조절 가능한 용액 일치성 기술을 개발했다는 것에 의의가 크다”고 전했다.
한편 이번 연구는 고려대 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀과 공동으로 진행됐으며 한국과학연구재단의 나노원천 과제, 한국전자통신연구원의 나노물질 기술 연구 과제, KAIST EEWS 과제, 대한민국 정부 BK21+ 사업의 지원을 받아 수행됐다.
