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고결정성, 고순도 '그래핀 양자점'...꿈의 신소재 상용화 견인
고결정성, 고순도 '그래핀 양자점'...꿈의 신소재 상용화 견인
  • 이진수 기자
  • 승인 2021.11.24 11:05
  • 댓글 0
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[더리포트=이진수기자] 한국원자력연구원이 이온빔 기술을 활용한 그래핀 양자점 건식 제조 및 패터닝 기술 개발했다.

24일 원자력연에 따르면 ‘그래핀(Graphene)’은 강철보다 200배 이상 강하고, 구리보다 100배 높은 전기전도성을 가져 꿈의 신소재로 불린다. 

특히, 그래핀을 수 나노미터(nm) 크기로 줄일 경우, 반도체의 특성까지 갖게 되는데 이를 ‘그래핀 양자점’이라 한다. 전류를 흘려주거나 빛을 쪼이면 반도체처럼 빛을 발하고, 의료용으로 사용할 수 있을 만큼 인체에 무해해 의료 및 산업 분야 전반에 활용하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다.

이온빔을 조사해 아래 그래핀 양자점을 만드는 과정을 표현한 모식도. (이미지=한국원자력연구원)
이온빔을 조사해 아래 그래핀 양자점을 만드는 과정을 표현한 모식도. (이미지=한국원자력연구원)

원자력연 양성자과학연구단 가속기이용연구부 하준목, 여순목 박사 연구팀이 개발한 ‘이온빔 기술을 활용한 고결정성 고순도 그래핀 양자점의 건식 제조 및 패터닝 기술’은 그래핀 양자점을 만드는 새로운 건식 제조공정이다. 어떤 화학물질도 사용하지 않고 이온빔과 가열공정만으로 고결정성, 고순도 그래핀 양자점을 만들 수 있다. 기술개발은 과학기술정보통신부 이공학개인기초사업의 지원을 받아 진행됐다.

해당 기술은 연구원 양성자과학연구단이 보유한 이온빔 조사시험시설을 적극 활용하는 것이 특징이다. 반도체 실리콘 기판의 원하는 부위에 금속이온빔을 조사해 철 나노입자를 생성한다. 철 나노입자는 섭씨 800도에서 1000도에 이르는 두 차례의 가열 공정을 거치며 그래핀 양자점을 합성하고, 고온 속에서 모두 증발되어 그래핀 양자점만을 남긴다.

연구진은 이 과정을 통해 불순물이 없는 순수한 그래핀 양자점을 정확한 위치에 제조하는 데 성공했다. 특히, 양자점을 기판에 원하는 모양의 회로로 배치해 형성하는 패터닝까지 성공했는데 이는 세계 최초의 성과다. 최근 해외 일부 연구진이 그래핀 양자점 패터닝에는 성공했지만, 이번처럼 순수한 그래핀 양자점 제조에는 성공하지 못했다.

연구원 김유종 양성자과학연구단장은 “지금까지 그래핀 양자점의 상용화를 가로막던 장애물들을 이번 기술을 통해 극복할 수 있다.”라며, “그래핀 양자점의 산업 및 의료 분야 상용화를 앞당길 것”이라고 기대감을 전했다.

 


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