숙명여대 화공생명공학부 권우성 교수, 석사과정 서세정 학생(왼쪽부터)


[파이낸셜뉴스] 숙명여자대학교 화공생명공학부 권우성 교수 연구팀이 복잡한 공정 없이 간단한 혼합만으로도 세계 최고 수준의 발광 효율을 내는 탄소 나노 소재를 개발했다. 이번 성과는 차세대 디스플레이와 바이오 센서 분야에서 상용화를 크게 앞당길 수 있는 성과로 평가된다.
숙명여대, 한국전자기술연구원(KETI), KAIST 공동 연구팀은 1,3-다이하이드록시나프탈렌(1,3-DHN)을 전구체로 사용해 상온에서 적색과 근적외선이중 발광 탄소 양자점(Carbon Do 야마토게임연타 t)을 신속하게 합성하는 기술을 개발했다.
그동안 탄소 양자점은 높은 온도와 압력, 복잡한 재료, 긴 반응 시간이 필요해 대량 생산과 상용화에 걸림돌이 있었다.
연구팀은 이런 한계를 ‘산화 방향족 커플링’이라는 반응을 이용해 해결했다. 전구체 물질과 산화제를 용매에 넣고 상온에서 저어주기만 하면 반응이 진행되는 방식이 오리지널바다이야기 다.
별도의 외부 가열이 필요없고, 실온(약 25도)에서 1시간 반 정도 교만만으로 반응이 진행되며 하면 빛의 특성이 가장 좋은 탄소 양자점이 만들어진다.
이를 통해 에너지 사용을 크게 줄일 수 있고 대량 생산 가능성도 제시했다.
이번에 개발된 탄소 양자점의 가장 큰 특징은 이중 발광이다. 하나는 바다신게임 610나노미터(㎚)의 선명한 적색, 다른 하나는 750㎚ 대역의 근적외선(NIR)이다.
특히 적색 빛의 절대양자효율(PLQY)은 86%로, 지금까지 보고된 장파장 발광 탄소 양자점 가운데 가장 높은 수준이다.
그동안 적색을 내는 탄소 소재는 효율이 낮아 디스플레이에 적용하기 어려웠는데, 이번 성과는 탄소 기반 디스플레 바다이야기디시 이 소재의 경쟁력을 크게 높였다는 의미를 갖는다고 연구팀의 설명이다.
연구팀은 이번 연구에서 그동안 명확히 밝혀지지 않았던 탄소 양자점의 근적외선 발광 원리도 규명했다.
초고속 분광 분석과 이론 계산을 통해 적색 발광은 단일 형광체에서 나오고 근적외선 발광은 형광체들이 겹겹이 쌓여 형성된 ‘엑시머(Excimer)’ 구 바다이야기고래출현 조에서 발생한다는 사실을 규명했다. 연구팀은 탄소 양자점의 근적외선 발광 원리가 명확히 밝혀진 것은 이번이 처음이라고 밝혔다.
연구팀은 향후 원하는 파장대의 빛을 내는 탄소 소재를 설계하는 데 중요한 이론적 토대를 제공할 것으로 기대하고 있다.
권우성 교수는 "고효율 적색·근적외선 탄소 소재를 쉽고 빠르게 만드는 방법을 제시했고, 발광 원리까지 명확히 밝혀 차세대 광전 소자 개발의 가이드라인을 마련했다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 화학공학 분야의 국제 학술지 Chemical Engineering Journal(2026년 530호)에 게재됐다.
spring@fnnews.com 이보미 기자