이시우 교수–이태우교수 공동연구팀, 그래핀양자점으로 OLED 개발

그래핀은 이제 우리에게 익숙한 ‘꿈의 소재’로, 흑연 등 탄소를 이용해 만들어 다른 양자점 소재에 비해 독성이 적을 뿐 아니라 간단한 공정으로 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 원하는 크기로 균일하게 합성하는 과정이 까다롭고, 입자 사이의 뭉침 현상이 일어나 효율을 저하시켜 상용화에 어려움을 겪고 있다.

POSTECH 화학공학과 이시우 교수팀은 그래핀 양자점을 균일하게 합성하는 새로운 방법을 개발하는 한편, 신소재공학과 이태우 교수팀과의 공동연구를 통해 백색광을 내는 유기발광소자를 만드는데 성공했다.

양자점(Quntum Dot)은 화학 공정을 통해 만드는 나노미터(nm) 크기의 반도체 결정체로, 주로 초미세 반도체, 질병진단 시약이나 디스플레이에 활용된다. 그러나 이 양자점은 카드뮴이나 납과 같은 독성이 있는 중금속으로 만들어질 뿐 아니라 제작공정이 까다로운 것으로 알려져 있었다.

그래핀과 같이 탄소를 이용하는 탄소양자점 역시 합성공정은 까다롭지만, 독성이 적고 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다.

연구팀은 그래핀 양자점 활용에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 뭉침 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 기능성 분자를 개발했다. 그래핀을 만들기 위해 흑연을 쪼갤 때 쓰는 작용기에 긴 다리(tail)가 달려 있어 흑연이 쪼개져 그래핀 양자점이 될 때 다리가 입자들 사이를 막아 뭉침현상을 방지하는 것이다.

연구팀은 이 분자를 이용해 아민화 절단법(amidative cutting method)이라는 새로운 방법으로 고안, 이 과정을 통해 만든 양자점 소재를 이용, 백색광을 내는 OLED(유기발광소자)를 만드는데 성공했다.

이렇게 개발된 OLED는 중금속을 이용하지 않아 환경 친화적이고, 무엇보다 공정이 단순하기 때문에 제작 단가를 크게 낮출 수 있어 여러 형태의 조명 기구로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 이렇게 개발된 유기발광소자의 효율과 밝기를 높이는 후속 연구를 진행할 예정이다.

한편, 이번 연구성과는 미국화학회가 발간하는 나노기술 전문 학술지, ‘나노레터스(Nano Letters)’를 온라인판 최신호를 통해 발표됐다.