화학과

친환경적 철 기반 양자점 대량합성 기술 개발

수용액/유기용매 기반 대량합성 개발, 디스플레이/바이오이미징 등에 응용

Chemical Engineering Journal 10월호에 출간

제1저자인 강효진 박사과정학생은 ‘이공계 박사과정생 연구장려지원사업’에 선정

충남대 화학과 이재범 교수 연구팀 (제1저자: 강효진 응용화학공학과 박사과정)은 중소기업부 소부장 과제로 기술이전 받은 ㈜ 아단소니아 (청주 소재) 기업과의 협력 연구를 통해 원재료뿐만 아니라 합성방법까지 친환경적인 양자점 대량합성에 성공하였다. 더불어, 유기 및 수용액 기반 합성방법과 상전이(Phase Transfer) 과정을 연구하여 이를 목적 (바이오/전기전자재료)에 맞게 활용할 수 있도록 하였다.

양자점은 반도체 나노 결정이라고 불리며, 2-10nm의 직경을 가지면서, 입자 크기에 따라 독특한 전기 및 광학적인 특성을 지닌다. 이러한 특성으로 인해 바이오 이미징, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 분야에서 활용되고 있고, 12대 국가 전략기술에도 선정된 물질이다. 예를 들면, 마이크로 LED, QLED와 같은 차세대 디스플레이의 발광체로 연구되고 있는 수명과 효율이 안정적인 InP, InGaP 등이 있다. 하지만 이들은 생산 단가 비용이 높고, 전주기적 사용환경이 친환경적이지 않다는 단점을 지닌다. 

이재범 교수 연구팀에서는 친환경 물질인 철(Fe)과 셀레늄(Se)을 대체소재로 연구하고 있다. FeSe는 크기에 따라 발광색이 변하는 게 아닌 입사광의 파장에 따라 발광색이 변하는 독특한 광학 특성을 가지고 있어, 새로운 발광체로서의 잠재력을 보여준다. 이를 사용해 바이오 이미징과 디스플레이에 사용될 수 있다는 실증 연구를 마쳤고, 이번에는 생산방법을 개선하여 산업화에 진일보 하게 되었다. 구체적으로, FeSe 양자점의 합성 방법을 개선하여 입자의 안정성과 크기를 조절하기 위해 아미노산을 리간드로 활용하는 5L 규모의 친환경적 대량생산 방법을 개발하였다. 

이번 연구결과는 화학공학 및 나노기술 분야 국제 저명 학술지 ‘Chemical Engineering Journal (IF: 16.744)’에 10월 게재될 예정이다 (논문 제목: Optimizing scalable synthesis of high-quality FeSe quantum dot in organic and aqueous states, https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145034). 또한, 1저자인 강효진 박사과정학생은 ‘이공계 박사과정생 연구장려지원사업’에 선정되어 한국연구재단의 안정적인 지원을 받으면서 관련 연구를 진행하고 있다.