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반도체 특성 가진 '그래핀 양자점' 결함률 낮췄다

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반도체 특성 가진 '그래핀 양자점' 결함률 낮췄다

2019.07.30 15:53
박오옥 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 포도당 기반의 그래핀 양자점 합성 기술 개발을 통해 안정적인 청색빛을 내는 그래핀 양자점 발광소자 제작에 성공했다. KAIST 제공
박오옥 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 포도당 기반의 그래핀 양자점 합성 기술 개발을 통해 안정적인 청색빛을 내는 그래핀 양자점 발광소자 제작에 성공했다. KAIST 제공

탄소 원자가 육각형 형태를 만들며 한 겹 결정을 이룬 그래핀은 우수한 열∙전기 전도도∙투명도를 가져 차세대 전자재료로 각광받고 있다. 나노미터 크기로 줄일 경우 반도체의 특성까지 가지게 되는데 이를 ‘그래핀 양자점’이라고 부른다. 하지만 기존의 그래핀 양자점은 결함이 많아 순수한 단결정의 특성을 가지지 못하는 단점이 있다. 국내 연구팀이 이런 단점을 극복한 그래핀 양자점 합성기술 개발에 성공했다.


박오옥 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 포도당 기반의 그래핀 양자점 합성 기술 개발을 통해 안정적인 청색빛을 내는 그래핀 양자점 발광소자 제작에 성공했다고 30일 밝혔다. 


기존 그래핀은 구리∙니켈 기반 금속 박막 위에 열∙전기로 원료 가스의 화학작용을 일으키거나 그래핀의 재료가 되는 흑연을 물리∙화학적 방법으로 벗겨내는 기술을 사용한다. 물리∙화학적 방법으로 제작한 그래핀은 입도의 분포가 크며 결함이 많다는 단점이 존재한다. 


연구팀은 결함률을 낮춘 그래핀 양자점 개발을 위해 포도당을 이용했다. 연구팀은 포도당 수용액에 아민과 초산을 일정 비율로 혼합했다. 아민은 암모니아의 수소원자를 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물을 뜻하며, 초산은 포화지방산의 일종으로 아세트산이라 불리기도 한다. 


그 결과 연구팀은 "혼합된 물질의 자가조립을 유도해 그래핀 양자점을 용액으로 합성하는 데 성공했다"고 밝혔다. 연구팀은 “동일한 레고블럭이 쌓여 큰 레고블럭이 되듯 결함이 없고 규칙적으로 생성된 그래핀 양자점을 합성했다”며 "개발된 그래핀 양자점을 발광체로 응용해 디스플레이를 제작한 결과, 안정적인 전압 범위에서 청색 발광을 구현했다"고 설명했다.


박 교수는 “최초로 개발된 그래핀 양자점 용액 합성법은 그래핀의 다양한 분야 접목에 크게 기여할 것”이라며 “이를 잘 응용하면 유연 디스플레와 같은 반도체 성질을 갖는 그래핀의 역할이 제시될 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 지난 5일자 온라인판에 발표했다. 
 

용액 화학으로 합성된 잘 정렬된 다양한 크기의 단결정 그래핀 양자점이다. KAIST 제공
용액 화학으로 합성된 잘 정렬된 다양한 크기의 단결정 그래핀 양자점이다. KAIST 제공

 

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