다아라 매거진 _ 2017.03

기술뉴스

[Technical News] 기계연, 고품질·친환경 양자점 대량 정제기술 개발

양자점 연속 생산으로 공장 자동화·대량화 가능

양자점을 산업적으로 활용하기 위해는 양자점 합성원액 내 불순물을 제거하는 정제 공정이 반드시 요구된다. 기존에는 원심분리기를 이용, 양자점을 골라내는 방식으로 진행해 왔지만 이 과정에서 다량의 유기 용매가 버려져 환경오염에 대한 우려가 있었다. 또 작업 공정이 수동으로 이뤄져 작업자에 따른 결과 차이가 크기 때문에 산업적으로 활용할 수 있을만한 균일한 품질의 양자점을 대량으로 확보하는 데도 한계가 있었다.


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지난해 한국 수출을 견인한 반도체와, 막강한 기술력을 보유하고 있는 디스플레이 산업에는 ‘양자점’이라는 반도체 결정이 필요하다. TV같이 정교한 색상 변환이 필요한 디스플레이에 유용하게 쓰이는 양자점을 산업적으로 활용하기 위해 현재 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다.

한국기계연구원(이하 기계연) 나노역학연구실 김덕종 책임연구원은 양자점 대량 생산을 위한 핵심 기술인 대량 정제기술을 개발해 양자점 회수율을 90% 수준까지 정제하는데 성공했다. 또, 연구성과를 세계적인 학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’에 발표해 국내 기술력의 위상을 드높였다.

기계연 연구팀은 양자점을 친환경적이면서도 고품질로 대량 정제하는 기술을 개발했다. 기계연 연구팀은 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적이 넓은 다공성 전극쌍을 배치했다. 전압을 걸면 마치 자석에 철가루가 달라붙듯 양자점이 전극 표면에 달라붙게 된다. 그 때 관 속에 불필요한 성분을 제거하는 세척액과 양자점을 활용도에 맞게 바꿔주는 용매를 관 속에 흘려보내면 원하는 상태로 불순물이 제거된 양자점을 얻을 수 있게 된다.

연구팀은 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적이 넓은 다공성 전극쌍을 배치했다. 여기에 전압을 걸면 마치 자석에 철가루가 달라붙듯 양자점이 전극 표면에 달라붙게 된다. 그 때 이 관 속에 불필요한 성분을 제거하는 세척액과 양자점을 활용도에 맞게 바꿔주는 용매를 관 속에 흘려보내면 원하는 상태로 불순물이 제거된 양자점을 얻을 수 있게 된다.

이렇듯 기존 방법에 비해 용매를 1/10만 사용하고도 원하는 결과를 얻을 수 있고 친환경적인 방법을 적용해 환경오염을 대폭 줄일 수 있을 것으로 보인다. 또 원심분리기로 양자점을 가라앉히며 따로 시간을 소모하지 않고 연속적으로 양자점을 생산할 수 있어 공정 자동화 및 대량화가 가능해진 것도 산업 활용에 장점으로 작용할 전망이다.

양자점은 전기에너지를 빛에너지, 빛에너지를 전기에너지로 바꿔줄 수 있는 광전특성도 있어 앞으로는 직접 빛을 내는 소자나 태양전지 등 보다 폭넓은 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

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