국립 한국교통대학교 신소재공학과 류정호 교수 공동연구팀,

‘고효율 그래핀 퀀텀닷 생산 친환경 공정 개발’ 

  국립 한국교통대학교 신소재공학과 류정호 교수와 한양대학교 신소재공학부 심광보 교수 및 생산기술연구원 민성욱, 한혁수 박사의 공동연구팀이 펄스레이저 어블레이션 (Pulsed Laser Ablation)을 이용하여 10분 이내의 짧은 시간에 그래핀 퀀텀닷 (Graphene Quantum Dot, GQDs)을 친환경적으로 합성할 수 있는 새로운 공정을 개발했다고 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) 방식이 있다. 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. 반면에 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.

  류정호 교수 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 통하여 10분 이내의 매우 짧은 시간에 황산 등의 환경유해 물질을 사용하지 않고 그래핀 퀀텀닷을 안정적으로 제조할 수 있었다. 

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

  본 연구결과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports) 12월 8일자 온라인판에 게재됐고 류정호 교수는 교신저자로 참여하였다.  

[자료문의] ☎ 043-841-5384  신소재공학과 류정호 교수