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포도당으로 LED용 차세대 소재 개발 - 이시우 교수

작성자: 최고관리자
작성일: 12-05-15 10:48
조회수: 6,974

포도당으로 LED용 차세대 소재 개발

포스텍 이시우 교수팀

원기 회복을 돕는 링거액에 들어가는 ‘포도당’이 산업 분야에서 새롭게 주목받고 있다. 국내 연구진이 포도당을 이용해 차세대 산업용 소재인 ‘탄소 양자점’을 만드는 데 성공했기 때문이다.

포스텍 화학공학과 이시우(사진) 교수팀은 포도당으로 다양한 산업 소재로 쓰이는 양자점을 개발했다고 14일 밝혔다. ‘양자점’은 2∼10nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 반도체 나노 결정으로, 크기에 따라 다양한 파장의 빛을 방출하기 때문에 태양전지나 발광다이오드(LED) 등에 활용되고 있다.

연구팀은 기름에 포도당 수용액을 넣고 계면활성제를 섞어 유화액을 만들었다. 이를 섭씨 160도로 끓이자 포도당 속의 탄소 분자가 반응해 크기가 균일한 탄소 양자점이 만들어졌다.

그동안 양자점은 카드뮴이나 납 같은 중금속을 이용해 만들었기 때문에 가격이 비싸고 독성도 문제였다. 최근 흑연으로 만든 탄소 양자점이 독성이 적고 가격도 싸다는 점에서 주목받고 있으나, 균일하게 만들기 어려워 산업화로 연결하기 힘들었다.

이 교수는 “값싼 포도당으로 만든 탄소 양자점은 경제성이 높아 다양한 산업 분야에 손쉽게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 영국왕립화학회가 발행하는 ‘케미컬 커뮤니케이션’ 28일자 표지논문으로 실릴 예정이다.

포도당 이용 '탄소 양자점 소재' 합성 성공

포스텍 이시우 교수팀, 英 권위지 표지논문에 발표

포도당이 태양전지나 양자 컴퓨터, 조영제(바이오 이미징) 등 다양한 분야에 응용될 것으로 전망되는 차세대 소재, 탄소 양자점의 산업화를 이끌 열쇠라는 연구결과가 나왔다.

포스텍 화학공학과 이시우 교수(사진)와 박사과정 권우성씨 팀은 계면활성제를 함유한 기름에 포도당 수용액을 넣어 만든 역마이셀(reverse micelle) 형태의 유화액(emulsion)을 통해 균일한 크기의 탄소 양자점 소재를 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다.

이번 연구성과는 영국왕립화학회가 발간하는 화학분야 권위지 케미컬 커뮤니케이션(Chemical Communications)지 표지논문으로 발표됐다.

이번 연구로 탄소 양자점 소재의 크기를 정밀하게 제어할 수 있으며 모양도 조절할 수 있어 소재 응용을 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가받고 있다.

양자점은 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 조영제, 센서 등 다양한 분야에 활용되는 소재다.

최근 발견된 탄소 양자점 소재는 카드뮴이나 납처럼 독성이 있는 기존의 양자점 소재와 달리 독성이 적고 생산과정이 간단하고 생산비용도 저렴하다.

하지만 탄소 양자점은 원하는 크기로 균일하게 합성하기 어렵고, 흑연(graphite)을 깨서 만드는 기존의 방법으로는 크기별로 선별하는 과정이 필요해 연구와 산업화에 어려움을 겪었다.

연구팀은 계면활성제가 들어간 기름에 포도당 수용액을 넣어 균일한 크기를 갖는 역마이셀 형태의 유화액을 만들었다.

이 용액을 160℃로 가열하면 포도당 분자가 탄소화 반응을 일으켜 균일한 크기의 탄소 양자점이 합성된다.

탄소양자점의 크기를 좌우하는 역마이셀의 크기는 포도당 수용액과 계면활성제의 비율을 통해 손쉽게 조절이 가능하다.

이시우 교수는 "양자점 소재는 크기와 모양에 따라 물성이 달라지기 때문에 균일한 크기의 양자점 소재를 만드는 기술은 매우 중요하다"며 "이 기술은 복잡한 공정 없이 값싼 당분을 물에 녹여 사용해 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다.

한편, 연구팀은 이번 연구를 바탕으로 탄소 양자점 소재의 물성에 관련된 기초연구와 탄소 양자점 소재를 이용한 전자소자와 에너지소자를 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다.

☞ 역마이셀(Reverse micelle)

농도가 낮은 수용액에서 자유롭게 존재하는 계면활성제 분자들이 농도가 높아지면 자발적으로 형성하는 회합체를 마이셀이라고하며, 이와는 반대로 계면활성제의 친유기 부분이 바깥을, 친수기 부분이 내부 중앙으로 향해 형성된 회합체를 역마이셀이라고 한다.

☞ 양자점(Quantum dot)

양자점은 2~10 nm 크기의 반도체 나노결정으로 크기에 따라 다른 파장의 빛을 방출하는 특성을 가지고 있다.

주로 카드뮴이나 납 등의 중금속을 이용하기 때문에 유독하고 가격이 비싼 단점이 있으나 우수한 발광 특성으로 인해 최근 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다.

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