화학뉴스

국내 연구진이 페로브스카이트(Perovskite) 신소재의 발광효율과 관련된 난제를 해결했다.
한국생산기술연구원은 페로브스카이트 퀀텀닷(Quantum Dot)의 표면구조와 소재 안정성 사이의 관계를 세계 최초로 규명하고 대기 중에서도 높은 발광성능을 유지할 수 있는 제조기술 개발에 성공했다.
공정플랫폼연구부문 우주영 박사 연구팀은 성균관대 정소희 교수, KAIST(한국과학기술원) 김용현 교수와의 공동연구를 통해 양자점 표면에 결합돼 있는 유기분자인 유기리간드가 결여되면 입자들 사이의 결합 현상이 발생해 불안정성이 초래된다는 사실을 세계 최초로 발견했다고 밝혔다.
페로브스카이트 퀀텀닷은 입자가 10나노미터 이하의 작은 크기로 유지될 때에만 밝고 선명한 빛을 내지만 산소와 수분이 많은 대기 중에 노출되면 입자들끼리 서로 결합해 크기가 커지면서 발광효율이 현저히 저하되는 문제가 있다.
대기 중 소재 불안정화 현상은 기존 연구를 통해 알려져 있었으나 원인에 대해서는 아직 밝혀진 바 없어 상용화에 어려움이 있었다.
연구팀은 퀀텀닷 표면에 유기리간드가 존재하지 않는 특정 부분이 존재하며 대기에 노출되면 표면을 중심으로 입자들이 서로 빠르게 달라붙는 현상을 관측했고 브롬화 아연과 같은 할로겐화 메탈을 첨가제로 사용해 표면 전체에 유기리간드가 고르게 존재하는 소재의 합성법을 개발해냈다.
새로운 방법을 적용하면 대기 중에서도 입자들 사이의 결합이 효과적으로 억제돼 페로브스카이트 퀀텀닷의 우수한 발광특성을 안정적으로 유지할 수 있다.
앞으로 신소재를 상용화하고 디스플레이에 활용하면 색순도와 밝기가 매우 우수해 상용 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이를 뛰어넘는 자연의 색 그대로의 초고화질을 구현해낼 것으로 기대된다.
생산기술연구원 우주영 박사는 “그동안 수행했던 다양한 퀀텀닷 연구 노하우를 페로브스카이트 퀀텀닷 소재에도 적용해 얻은 성과”라며 “탄소중립 시대에 맞추어 퀀텀닷 소재 기반 차세대 고성능 태양전지나 청정수소 생산 등 에너지 분야로 연구를 확대해나갈 계획”이라고 강조했다.
연구 성과는 2020년 2월 Journal of Physical Chemistry Letters에 게재된데 이어 후속연구도 2021년 5월11일 소재과학 분야의 상위 5% 저널 ACS Nano에 채택된 바 있다.
연구팀은 현재 규명한 원리를 바탕으로 불안정하게 제작된 퀀텀닷 표면구조를 첨가제 없이도 안정화시킬 수 있는 후속연구를 수행하고 있다. (강윤화 선임기자)