KIST 연구팀, 광효율 100% 도달한 신구조 양자 광소재 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 최근 국내 연구진이 기존 양자점의 결함을 줄여 100%에 가까운 발광효율을 지니는 새로운 구조의 양자 광소재 개발에 성공했다.

13일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 광전하이브리드연구센터 배완기 박사팀은 ‘구형양자우물구조(SQW)’이라 불리는 신(新)구조의 양자 광소재를 개발했다.

이 소재는 용액 상에서 100%, 고집적 필름 상에서도 60%에 이르는 발광효율을 지니면서 200℃ 이상의 온도조건에서 안정적으로 작동한다. 기존의 양자점 소재는 원자 단위의 내부 결함 혹은 표면 결함으로 인GO 광효율 및 안정성이 저하되는 문제를 지니고 있었다.

배 박사팀은 기존 핵·껍질 구조가 지니는 한계를 극복하기 위해 씨앗·양자우물층·껍질로 이뤄진 ‘구형양자우물구조 광소재’를 고안했다. 새롭게 개발된 구형양자우물구조 광소재는 기존 핵·껍질 구조의 양자점으로 구현할 수 없었던 높은 광효율과 광안정성을 모두 지니게 된다.

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배 박사팀은 개발된 구형양자우물구조 광소재가 용액 상에서 100%에 가까운 발광효율을 보일 뿐만 아니라, 기존 양자점(핵·껍질)의 문제점이었던 깜빡임(Blinking)을 거의 지니지 않음을 확인했다. 격자결맞춤구조로 인해 두꺼운 껍질 형성 과정에서도 표면 결함 및 내부 결함 발생이 억제되어 나타났다는 것을 규명한 것.

배 박사팀은 실험을 통해 양자껍질구조의 씨앗 크기, 발광층 및 껍질 두께 조절을 통해 발광파장을 조절할 수 있음을 보였다. 두꺼운 껍질을 갖는 양자우물구조 광소재는 고농도의 용액상 혹은 필름 상에서도 기존의 핵·껍질 구조 양자점에 비해 압도적인 발광 특성을 지닌다.

배 박사는 "이번에 개발된 광소재는 기존 양자점 구조(핵/껍질)에서 구현하기 힘들었던 우수한 발광효율을 지닌다"면서 "또한 열과 빛, 산소 등의 외부 요인들로부터 매우 안정하기 때문에, 차세대 디스플레이 및 바이오 센서 등에 폭넓게 활용될 것"이라고 내다봤다.

이번 연구는 KAIST 이도창 교수, 고려대학교 조진한 교수, 서울대학교 차국헌 교수 및 미국 Los Alamos National Laboratory의 Victor Klimov 박사 팀과 공동으로 수행됐다. 연구 결과는 미국 화학회 저널인 ‘ACS Nano’(IF:13.334)에 10월 25일자 게재됐다.