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차세대 물질 양자점 크기 조절 원리와 합성방법 찾았다

단파장 적외선 흡수하는 친환경 양자점…적외선 응용연구 실마리

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-06-03 12:00 송고
반응물의 확산 속도 조절을 통한 콜로이드 InAs 양자점의 성장(성균관대 박성민 석박통합과정 제공) ©뉴스1

기존 한계를 넘어 가시광선부터 적외선 영역까지 흡수하는 친환경 양자점 합성 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 성균관대 정소희 교수 연구팀이 공유결합성 친환경 양자점의 성장 원리를 규명하고 단량체의 확산속도를 세밀하게 조절, 양자점의 성장을 자유롭게 제어할 수 있는 새로운 합성방법을 개발했다고 3일 밝혔다.
  
공유결합성 양자점은 양자점의 격자를 구성하는 결합의 특성이 공유결합에 의해 이뤄지는 양자점을 말한다.

적외선 영역에서 광학적 특성을 가지기 위해 기존에는 납이나 수은 등의 중금속을 포함하는 물질이 주로 사용됐다.

그간 입자 크기에 따라 다양한 빛을 흡수·방출하는 양자점 소재를 통해 적외선 응용분야에 적용하려는 노력들이 있었다.

하지만, 인듐 아세나이드(InAs) 등과 같은 공유결합성 친환경 물질은 기존의 성장원리로는 9nm 이상 크기로 성장시키기에 한계가 있어 1100~1300nm 파장영역에서 응용이 어려웠다.
    
이에 연구팀은 양자점의 성장원리를 규명하고 이를 기반으로 한 새로운 합성 방법을 제시했다.

다양한 실험변수들을 반영한 양자점 성장 시뮬레이션 결과, 용액의 부피와 반응물의 농도 등 특정 조건을 만족해야 의도치 않는 부반응을 억제하고 이상적인 양자점 성장이 일어나는 것을 발견했다.

실제, 반응용액의 농도를 시뮬레이션 결과에 맞춰 조율하자 기존보다 4배 이상 큰 양자점을 합성할 수 있었다.

또, 이렇게 만들어진 양자점은 1700nm 이상의 파장을 흡수할 수 있으며, 크기 분포는 9.0 ± 1.1nm로 균일한 입자들이 합성된 것으로 나타났다.

이번 연구결과가 적외선 연구 분야는 물론 다양한 나노입자 합성 분야에 기여할 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 21일자에 게재됐다.


km5030@news1.kr

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