국내 연구진이 그래핀(Graphene) 양자점을 10분 안에 만드는 기술을 개발했다.
한국생산기술연구원 기능성소재부품연구그룹 김강민 박사 연구팀은 세계 최초로 펄스 레이저를 이용해 그래핀 양자점을 제작할 수 있는 메커니즘을 규명했다고 11월6일 밝혔다.
현재 관련 특허를 출원했고 소재 특성을 계속 향상시켜 상용화 기술로 발전시킬 계획이다.
그래핀 양자점은 기존 공정에서 며칠 이상이 걸리며 화학적인 방법으로 인체에 유해한 잔여물이 나오지만 새로 개발한 기술은 물리적 방법일 뿐만 아니라 최종 제작품이 우수한 것으로 나타났다.
연구진은 연구 성과가 앞으로 저비용 고효율 수소 촉매, 에너지 하베스팅, 초정밀 바이오 센서 등의 신산업 분야에 파급효과를 미칠 것으로 기대하고 있다.
탄소 원자들이 육각형 벌집구조로 결정을 이룬 그래핀은 열·전기전도도 및 투명도가 매우 뛰어나며, 나노미터 크기로 줄이면 전류를 흘려주거나 빛을 쪼일 때 발광하는 반도체 특성까지 보유한 그래핀 양자점을 만들 수 있기 때문에 디스플레이, 2차전지, 태양전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업의 신소재로 각광받고 있다.
연구진은 펄스 레이저로 CNT(Carbon Nano Tube)의 구조체를 파괴해 그래핀 양자점을 제작하는 물리적 공정에 주목했다.
소재와 분산용액만 사용해 공정 자체가 간단하고 2차 화학잔여물이 생성되지 않아 친환경적인 방법이며 공정시간도 약 10분 미만으로 크게 단축할 수 있는 것으로 알려졌다.
연구팀은 펄스레이저 에너지에 대한 실험 분석과 분자동역학 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 근본적인 원리 규명에 착수했고 펄스 레이저 에너지가 상승함에 따라 CNT가 순차적으로 분해돼 나노미터 크기의 그래핀 양자점으로 제작되는 전주기적 과정을 면밀하게 관측·분석했다.
연구진은 일정 펄스 레이저 조건 이상에서는 최종적으로 비정질 탄소 구조체가 생성되는 것을 밝혀냈으며 펄스 레이저 기반의 탄소나노소재 제작공정을 더욱 정밀하게 설계할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다.
표면 형상 제어는 물론 다양한 이종소재와의 결합도 가능해질 것으로 판단되고 있다.
연구 결과는 9월 나노소재 분야의 해외 유명저널인 스몰(Small)의 표지 논문으로 선정됐다. (K)