사진 왼쪽부터 KAIST 서태석, 조용훈 교수. © News1


KAIST 연구진이 흑연 나노입자를 이용해 그래핀 양자점을 개발하는데 성공하고, 그래핀 양자점에서 방출되는 형광 빛의 원인도 밝혀냈다.7일 KAIST에 따르면 이번 연구에는 생명화학공학과 서태석(42) 교수와 물리학과 조용훈(48) 교수가 공동으로 참여했다.

특히 이번에 개발된 그래핀 양자점이 친환경 소재인 흑연으로 제작됨에 따라 향후 바이오센서, 광센서, 바이오 이미징 등에 적용할 수 있을 것으로 전망된다.

기존 그래핀 양자점은 대부분 산화된 그래핀 양자점을 다시 환원하는 방식으로 제작했다.

하지만 복잡한 화학적 방법은 생산성이 떨어지고, 그래핀 양자점 구조에 존재하는 순수한 탄소 결합과 산소 결합에 의한 형광 특성이 혼합돼 있어 발광의 근원을 정확하게 구분하기 어려웠다.연구팀은 수 나노미터 크기의 흑연 나노입자를 이용해 정확한 발광 원인을 규명함과 동시에, 일반적으로 사용되는 산화 과정을 흑연 나노입자에 적용해 간단하게 산화 그래핀 양자점을 제작하는 방법을 개발했다.

이번에 개발한 순수한 그래핀 양자점과 산화 그래핀 양자점으로부터 각각 파란색과 녹색 형광의 빛을 방출하는 것을 확인한 연구팀은 이 두 종류의 양자점들이 산소 결합의 유무에 근본적 차이가 있다는 것을 밝혀냈다.

이와 함께 다양한 광분석 기법을 이용해 순수한 그래핀 양자점의 파란색 형광 현상이 벤젠 형태의 탄소 결합에 의한 것임을 규명하고, 산화 그래핀 양자점의 녹색 발광이 그래핀에 결합된 다양한 산소 기능기에 의한 것임을 규명했다.

서 교수는 "순수한 그래핀 양자점의 개발과 발광 특성 분석을 통해 기존에 뚜렷하게 설명되지 않았던 그래핀 양자점에서의 파란색 형광 빛의 원인을 밝혀냈다"고 이번 연구의 의미를 밝혔다.

이번 연구는 환경융합 신기술개발사업과 KAIST 나노융합연구소의 그래핀 연구센터 지원으로 수행됐고, 생명화학공학과 페이 리우(Fei Liu), 물리학과 장민호(제1저자) 박사과정 학생이 참여했다.

연구결과는 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 7월 19일자 표지논문(Back Cover)으로 게재됐다.
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