숙명여자대학교(총장 황선혜) 화공생명공학부 권우성 교수, 이시우 석좌교수 연구팀이 개질된 그래핀 양자점을 이용해 발광효율이 높은 유기발광소자(OLED) 시연한 연구성과를 발표했다. 그래핀 양자점으로 초록색, 주황색, 빨간색 빛을 구현한 것은 세계 최초의 성과다.
이번 연구는 삼성미래기술육성사업의 지원을 토대로 수행됐다. 연구논문은 세계적인 학술지 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports, IF 5.578, 2015 JCR 기준 종합분야 Top 5위)에 4월 6일 게재됐다. (논문명: High Color-Purity Green, Orange, and Red Light-Emitting Didoes Based on Chemically Functionalized Graphene Quantum Dots)
연구진에 따르면 양자점(quantum dot)은 화학적 공정을 통해 만드는 나노미터 크기의 반도체 결정체로 주로 초미세 반도체, 질병진단 시약, 디스플레이 등으로 활용되며 차세대 양자정보통신기술로 주목받고 있다. 그러나 양자점은 주로 카드뮴이나 납과 같은 독성이 있는 중금속으로 만드는데다 제작공정이 까다로워 생산성이 떨어지는 문제가 제기돼왔다.
이에 비해 흑연을 나노미터 크기로 쪼개 합성하는 그래핀 양자점은 독성이 적고 공정이 간단하며 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있기 때문에 친환경, 저비용 발광체로서 학계의 관심을 받아왔지만 발생하는 빛의 색순도가 낮아 유기발광소자 등 관련 분야에 응용하는 데 어려움이 있었다.
숙명여대 연구팀은 이같은 문제를 해결하고자 합성된 그래핀 양자점 표면에 아닐린(aniline) 화합물을 화학적으로 결합시키는 개질 공정을 개발했고, 이를 통해 매우 높은 색 순도 확보에 성공했다. 기존의 그래핀 양자점에서 나오는 광폭이 약 100nm 정도였던데 반해 개질된 그래핀 양자점은 광폭을 약 10nm로 감축시킴으로써 기존의 유기발광체와 대등, 혹은 더 우수한 수준의 색 순도를 확보한 것이다.
권 교수는 “이렇게 만들어진 유기발광소자는 중금속을 이용하지 않아 환경 친화적일 뿐 아니라 제작단가가 낮고 열에 매우 안정적이어서 다양한 형태의 조명기구로 활용될 수 있을 것”이라 전망했다.
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