우리대학 이시우(화공) 교수, 권우성(화공 박사과정) 씨 연구팀이 물에 잘 녹는 구연산과 포도당을 이용해 대량으로 탄소 양자점 소재를 합성할 수 있는 방법을 개발했다. 더불어 김종규(신소재) 교수와의 공동연구를 통해 이 소재와 LED를 이용한 강한 백색광을 내는 조명기기를 만들어냈다. 연구 결과는 미국화학회 학술지인 <Chemistry of Materials> 온라인판으로 발표됐다.
탄소 양자점은 질병 진단이나 디스플레이에 활용되는 나노미터 크기의 반도체 결정체로, 자외선을 가시광선으로 변환하는 역할도 한다. 중금속 양자점에 비해 독성이 없고 공정이 쉬우며 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 이를 균일한 크기로 합성하는 과정이 까다로워 연구와 활용에 어려움이 있었다.
이시우 교수팀은 포도당 수용액에 기름을 섞어 만든 유화액을 가열해 고른 크기의 탄소양자점으로 만들어내는 ‘Soft-template emulsion’ 합성법을 고안했다. 그리고 김종규 교수팀과의 공동연구를 통해 탄소 양자점 소재 발광필름을 질화갈륨 발광다이오드에 붙여 형광등과 동일한 색온도의 백색광을 만들어냈다. 특히 이렇게 만들어진 백색광은 녹색 계열 파장을 많이 포함하고 있어 인간의 눈에 매우 편안하다.
또한 이렇게 만들어진 필름은 마음대로 구부릴 수 있을 정도로 유연할 뿐 아니라, 중금속을 이용하지 않아 환경 친화적이고, 간단한 방법으로 대량으로 만들어 낼 수 있어 발광 소자뿐 아니라 다양한 형태의 조명기구로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 이시우 교수는 “에너지 자원 부족으로 효율이 놓은 조명기기 개발을 위해 경쟁적으로 개발이 이루어지는 가운데 탄소 양자점을 이용한 새로운 시도로 학계에서 받아들여지고 있다”라며 “탄소양자점이 발광하는 메커니즘 규명에 성공한 이 성과를 바탕으로 새로운 개념의 태양전지, 발광다이오드, 광촉매 등 광전자 소자를 개발할 계획”이라고 밝혔다.