기계연구원 김덕종 책임연구원 "양자점 생산공정 자동화·대량화 가능"
(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 반도체나 디스플레이 등에 쓰이는 고품질 양자점(Quantum Dot)을 친환경적인 방법으로 90% 수준까지 정제할 수 있는 기술을 개발했다.
한국기계연구원(KIMM)은 나노역학연구실 김덕종 책임연구원팀이 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적인 넓은 다공성 전극쌍을 배치, 양자점이 전극표면에 달라붙게 하는 방법으로 양자점 회수율을 기존 60%에서 90% 수준으로 높였다고 28일 밝혔다.
양자점은 지름 2∼10㎚(나노미터=10억분의 1ｍ)의 미세한 반도체 결정으로 크기에 따라 다른 색을 띠는 특성이 있어 정교한 색상 변환이 필요한 디스플레이 등에 사용된다.
전기에너지를 빛에너지로, 빛에너지를 전기에너지로 바꿔주는 광전특성도 있어 태양전지 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.
그러나 양자점은 합성과정에서 생긴 불순물이 있으면 우수한 광전특성을 발휘하기 어려워 산업적으로 활용하려면 양자점 합성원액 내 불순물을 제거해야 한다.
기존 정제 방법은 원심분리기로 양자점을 침전시킨 후 양자점을 골라내는 공정을 반복하는 것으로 이 과정에서 다량의 유기 용매가 버려져 환경오염 우려가 있고 작업 공정이 수동으로 이뤄져 균일한 품질의 양자점을 대량으로 확보하는 데 한계가 있다.
연구팀은 양자점 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적이 넓은 다공성 전극쌍을 배치하고 관 속에 불필요한 성분을 제거하는 세척액과 양자점을 활용도에 맞게 바꿔주는 용매를 흘려보내는 방법으로 불순물이 제거하고 90% 이상의 수율로 양자점을 얻는 데 성공했다.
전자석에 전압을 걸면 쇳가루가 달라붙듯 양자점이 다공성 전극에 달라붙는 원리다.
연구팀은 이 정제기술은 기존 방법보다 용매를 10분의 1만 사용하고도 원하는 결과를 얻을 수 있어 환경오염을 줄일 수 있고 원심분리기로 양자점을 가라앉히며 시간을 소모하지 않고 연속으로 양자점을 생산할 수 있어 공정 자동화·대량화가 가능하다고 설명했다.
김덕종 책임연구원은 "2014년 원천기술을 개발한 후 지속적인 연구개발을 통해 안정적인 구조로 시스템을 개선하고 양자점 회수율을 60%에서 90%까지 높였다"며 "양자점 대량생산의 핵심기술인 정제공정 대량화에 성공함으로써 관련 산업발전에 크게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
성균관대 기계공학과 이진기 교수팀이 공동으로 수행한 이 연구결과는 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports. 2월 27일자)에 게재됐다.
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