한국교통대 류정호 교수 등 공동연구팀 ,'고효율 그래핀 퀀텀닷 생산 친환경 공정 개발'

바이오 이미징 및 디스플레이 등 다양한 분야에 응용 가능

[충북일보=충주] 한국교통대 신소재공학과 류정호 교수와 한양대 신소재공학부 심광보 교수, 한국생산기술연구원 민성욱·한혁수 박사의 공동연구팀이 '펄스레이저 어블레이션 (Pulsed Laser Ablation)'을 이용, 10분 이내의 짧은 시간에 '그래핀 퀀텀닷 (Graphene Quantum Dot, GQDs)'을 친환경적으로 합성할 수 있는 새로운 공정을 개발했다고 밝혔다.

그래핀 양자점(Graphene Quantum Dot, GQD)은 수 나노미터(nm) 크기의 그래핀 입자로 생체적합성과 안정성을 두루 갖추고 있어 기존 양자점의 단점을 보완할 수 있는 대체물질로 주목 받고 있다.

그래핀 양자점 제조 방식은 크게 두 가지다. 탄소를 포함한 큰 물질을 작은 물질로 쪼개어가는 톱다운 방식(top-down)과 분자 단위의 탄소 용액을 크게 성장시켜 나가는 바텀업(bottom-up) 방식이 있다.

바텀업 방식은 합성 시 물을 사용해 상대적으로 쉽고 안전하게 생산할 수 있을 뿐 아니라 생산성도 높다. 하지만 순수한 GQD 추출에는 한계가 있어, 사실상 GQD보다 카본 QD에 가깝다.

반면에 톱다운 방식은 천연 상태의 흑연을 그대로 사용할 수 있기 때문에 물리적인 특성을 잘 유지할 수 있지만 합성시간이 길고, 제조과정에서 강산·알칼리 등을 사용하기 때문에 위험하고 생산성도 낮다.

류정호 교수 공동연구팀은 이러한 기술적 한계점을 극복하기 위해' 펄스레이저 어블레이션 (pulsed laser ablation)법'을 사용했다.

다층벽 카본나노튜브(Multi-wall CNT)를 에탄올 등의 액체에 분산시킨 후 펄스레이저를 액체에 입사시켜 다층벽 카본나노튜브에서 단일 탄소층을 단시간에 박리해내는 방법이다.

이러한 공정을 통해 10분 이내의 매우 짧은 시간에 황산 등의 환경유해 물질을 사용하지 않고 '그래핀 퀀텀닷'을 안정적으로 제조할 수 있었다.

류정호 교수는 "향후 지속적인 연구를 통해 CNT 이외에 여러 가지 저렴한 탄소 소재를 이용해 GQD를 대량 생산하는 공정을 개발하고, 이를 통하여 생산된 GQD를 바이오 이미징 및 디스플레이 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것" 이라고 말했다.

이번 연구결과는 '네이처' 자매지인 '사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)' 12월 8일자 온라인판에 게재됐고, 류정호 교수는 교신저자로 참여했다.

충주 / 김주철기자 [e-mail]