韓 연구진, 손실 없이 양자점 광 소재 만드는 기술 개발

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입력 2018.05.03 13:41
한국 연구진이 반도체 나노 입자의 발광 세기와 안정성을 극대화한 광소재를 개발했다.

한국연구재단은 우경자 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀이 양자점(퀀텀닷)과 실리카 입자를 결합해 높은 발광 세기와 안정성을 확보한 광 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

양자점은 에너지를 흡수해 빛을 내는 반도체 나노 입자를 말한다. 유기염료보다 광 안정성이 우수하고, 색 순도와 광 효율이 높아 차세대 발광 소자의 핵심 기술로 주목받는다.

양자점은 서로 응집될 때 그 특성을 잃어버리는 문제가 있다. 양자점을 친환경 실리카 입자 표면에 균일하게 배열하고, 실리카 코팅으로 고정해 양자점이 응집되지 않도록 하는 기술이 중요하다.

기존에는 양자점 표면을 바꿔야만 이 공정을 수행할 수 있었는데, 공정도 복잡하고 광 손실이 커 이를 해결할 기술의 필요성이 높았다.

연구팀은 입자 사이에 작용하는 약한 힘인 '반데르발스 힘'을 이용해 양자점과 실리카 입자를 결합함으로써 공정을 단순화하고, 발광 세기와 안정성이 높은 광 소재를 개발했다.

양자점과 실리카 입자를 결합한 모습과(a) 각 입자 발광 세기 비교 그래프(b), 자외선 환경에서 양자점 응집·침전을 비교한 모습(c). / 한국연구재단 제공
반데르발스 힘은 너무 약해 입자를 결합하는 데 쓰기 어렵다는 인식이 강하다. 하지만, 연구팀은 양자점과 실리카 표면의 접촉 면적을 넓혀 반데르발스 힘을 극대화했다. 실리카 입자 표면을 울퉁불퉁한 소수성 나노 구조로 만들고, 오목한 부분에 반데르발스 힘으로 소수성 양자점을 끼우는 식이다.

연구팀은 이렇게 결합한 입자를 코팅해 양자점 간 간격이 10나노미터(㎚, 10억분의 1m) 이상 균일하게 유지되면서도 입자 간 응집이 거의 없다는 것을 확인했다.

연구팀은 이 입자가 기존 양자점과 비교해 최대 690% 향상된 발광 세기를 나타냈고, 2일 후 완전히 응집돼 침전되지 않고 5일 이상 초기 광 특성을 유지했다고 설명했다.

우경자 박사는 "이 연구는 최고의 광 특성을 발현하도록 양자점과 실리카 입자를 물리적 상호작용만으로 하이브리드하는 기술을 개발한 것이다"라며 "이 광 소재는 LED, 디스플레이, 바이오 이미징, 센서 등에 적용될 것으로 기대한다"고 말했다.

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