한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 정대환 광전소재연구단 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재 퀀텀닷(양자점)을 결합한 ‘혼합차원소재’로 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 21일 밝혔다.
그래핀은 얇은 원자층으로 이뤄지고, 표면이 화학적으로 매우 안정돼 에너지 손실이 적다. 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가둬 줄 수 있으므로 발광효율이 높다.
혼합차원 이종구조는 여러 차원 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있다. 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해 그래핀 2차원 소재의 표면 안정성, 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다.
분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법으로 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성했다. 이를 ‘광루미네선스(빛을 흡수한 후 내는 새로운 파장의 빛을 분석하는 방법론)’로 분석한 결과 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다.
이런 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷 거리가 가까울수록 상호작용이 강해져 더욱 커졌다.
정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 ‘스케일링 문제점’ 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춰 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재 개발이 기대된다”고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행됐다. 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노레터스’에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
