교통대 류정호 교수 연구팀…그래핀 퀀텀닷 공정 개발

한국교통대 류정호 교수(신소재공학과)와 한양대 심광보 교수(신소재공학부)등이 펄스레이저 어블레이션 (Pulsed Laser Ablation)을 이용해 10분 이내의 짧은 시간에 그래핀 퀀텀닷 (Graphene Quantum Dot, GQDs)을 친환경적으로 합성할 수 있는 새로운 공정을 개발했다고 16일 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) 방식이다.

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.

반면 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.

류정호교수 공동연구팀은 이러한 기술적 한계점을 극복하기 위해 펄스레이저 어블레이션(pulsed laser ablation)법을 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 퀀텀닷을 안정적으로 제조할 수 있었다.

이번 연구에는 류정호·심광보 교수와 생산기술연구원 민성욱·한혁수 박사가 공동으로 이뤄졌다.

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

이번 연구결과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)에 지난 8일자 온라인 판에 게재됐고 류정호 교수는 교신저자로 참여했다.