축구공 모양의 물질인 ‘풀러렌’에서 빛을 보다

한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 책임연구원 손동익 박사팀은 축구공 모양의 물질인 풀러렌(C60, C70) 탄소나노구조체를 양자점-복합구조체로 합성, 이를 빛이 다색으로 발생하게 하는 백색 발광 양자점 발광소자(LED)로 제작한 최초 연구를 보고했다고 26일 밝혔다.

연구를 통해 제작된 발광소자는 가파른 증가추세에 있는 디스플레이 시장의 수요에 부응할 수 있을 것으로 기대될 뿐만 아니라, ‘탄소융복합산업 생태계 구축’이라는 전라북도의 목표와 부합하는 연구성과라는 점에서 시사하는 바가 크다.

탄소나노물질에는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌 등이 있는데 이들은 뛰어난 강도, 열전도율, 전자이동도등의 우수한 특성을 가지고 있어서 많은 관심을 끌고 있다. 또한 디스플레이, 2차 전지, 태양전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있어서 핵심소재로서 주목을 받고 있다.

플러렌은 축구공을 1억분의 1크기로 축소시킨 모양의 물질으로 지름이 약 7A인데, 종류에 따라 C60, C70, C76, C78, C84 등 그 명칭이 다르다.

풀러렌은 1985년 발견 이래 섬유 또는 각종 센서에 활용되고 있으며, 컴퓨터 메모리 소자부터 우주항공, 환경 분야 등 다양한 분야에서 혁신을 가져올 차세대 소재로서 기대되고 있다.
이번 연구에서는 풀러렌 C60, C70을 산화아연 양자점과 합성해 세계처음으로 풀러렌의 의해서 빛이 발생하는 백색 발광 가능한 양자점 발광소자를 제작하는데 성공했고 관련 메커니즘에 대한 원리를 규명했다.

KIST 손동익 박사 연구팀은 풀러렌에 의한 발광 메커니즘을 확인하기 위해 컴퓨터 계산 모델링을 활용해 다양한 측정 실험값을 비교하는 등 다양한 분석법을 통해 그 현상을 관찰했다. 이를 통해 전압에 변화에 따른 다색 발광(파란색, 초록색)이 발생하는 원인을 확인했다.

KIST 손동익 박사는 “본 연구성과를 바탕으로 차세대 발광소자 기술 발전에 기여하는 것을 목표로 하고 있으며, 도내 탄소 및 LED 관련 기업들과의 협업을 통해 상용화에도 힘쓸 예정이다.”고 말했다.

한편 이번 연구는 KIST 기관고유연구사업과 한국연구재단 중견연구사업에서 지원을 받아 수행했다. 이번 연구 성과는 소재/소자분야의 권위지인 머테리얼즈 호라이즌즈 (Materials Horizons)에 2020년 4월 22일에 온라인판으로 게재됐다.

염형섭 기자 / 00hjw00@hanmail.net

입력 : 2020년 05월 26일