양자점 대량생산 핵심기술 '정제공정 대량화' 성공 안정적 구조로 시스템 개선, 회수율 60%→90% 향상 양자점을 산업적으로 활용하기 위해는 양자점 합성원액 내 불순물을 제거하는 정제 공정이 반드시 요구된다. 기존에는 원심분리기를 이용, 양자점을 골라내는 방식으로 진행해 왔다. 하지만 이 과정에서 다량의 유기 용매가 버려져 환경오염에 대한 우려가 있었다. 또 작업 공정이 수동으로 이뤄져 작업자에 따른 결과 차이가 크기 때문에 산업적으로 활용할 수 있을만한 균일한 품질의 양자점을 대량으로 확보하는 데도 한계가 있었다.지난해 한국 수출을 견인한 반도체와, 막강한 기술력을 보유하고 있는 디스플레이 산업에는 ‘양자점‘이라는 반도체 결정이 필요하다. TV같이 정교한 색상 변환이 필요한 디스플레이에 유용하게 쓰이는 양자점을 산업적으로 활용하기 위해 현재 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다.한국기계연구원(이하 기계연) 나노역학연구실 김덕종 책임연구원은 양자점 대량 생산을 위한 핵심 기술인 대량 정제기술을 개발해 양자점 회수율을 90% 수준까지 정제하는데 성공했다. 또, 연구성과를 세계적인 학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’에 27일 발표해 국내 기술력의 위상을 드높였다.기계연구원 연구팀은 양자점을 친환경적이면서도 고품질로 대량 정제하는 기술을 개발했다. 기계연 연구팀은 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적이 넓은 다공성 전극쌍을 배치했다. 전압을 걸면 마치 자석에 철가루가 달라붙듯 양자점이 전극 표면에 달라붙게 된다. 그 때 관 속에 불필요한 성분을 제거하는 세척액과 양자점을 활용도에 맞게 바꿔주는 용매를 관 속에 흘려보내면 원하는 상태로 불순물이 제거된 양자점을 얻을 수 있게 된다.연구팀이 개발한 방식을 통해 기존 방법에 비해 용매를 1/10만 사용하고도 원하는 결과를 얻을 수 있어 환경오염이 대폭 줄일 수 있을 것으로 보인다. 또 원심분리기를 사용하지 않고 연속적으로 양자점을 생산할 수 있어 공정 자동화 및 대량화가 가능해졌다. 이는 산업 활용에 장점으로 작용할 전망이다.김덕종 책임연구원은 “양자점 관련 세계시장은 2010년 6천700만 달러까지 성장하는 등 급격히 커지고 있다”며 “하지만 양자점을 활용하려는 노력에 비해 정제 공정을 개선하려는 노력이 덜하다는 점에서 착안해 새로운 공정을 고안하게 됐다”고 설명했다. “양자점 대량생산의 핵심기술이었던 정제공정 대량화에 성공함으로써 관련 산업발전에 크게 활용될 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

양자점 대량생산 핵심기술 '정제공정 대량화' 성공

안정적 구조로 시스템 개선, 회수율 60%→90% 향상

기사입력 2017-03-01 17:40:01

양자점 정제 장치의 구조

[산업일보]

양자점을 산업적으로 활용하기 위해는 양자점 합성원액 내 불순물을 제거하는 정제 공정이 반드시 요구된다. 기존에는 원심분리기를 이용, 양자점을 골라내는 방식으로 진행해 왔다. 하지만 이 과정에서 다량의 유기 용매가 버려져 환경오염에 대한 우려가 있었다. 또 작업 공정이 수동으로 이뤄져 작업자에 따른 결과 차이가 크기 때문에 산업적으로 활용할 수 있을만한 균일한 품질의 양자점을 대량으로 확보하는 데도 한계가 있었다.

지난해 한국 수출을 견인한 반도체와, 막강한 기술력을 보유하고 있는 디스플레이 산업에는 ‘양자점‘이라는 반도체 결정이 필요하다. TV같이 정교한 색상 변환이 필요한 디스플레이에 유용하게 쓰이는 양자점을 산업적으로 활용하기 위해 현재 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다.

한국기계연구원(이하 기계연) 나노역학연구실 김덕종 책임연구원은 양자점 대량 생산을 위한 핵심 기술인 대량 정제기술을 개발해 양자점 회수율을 90% 수준까지 정제하는데 성공했다. 또, 연구성과를 세계적인 학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’에 27일 발표해 국내 기술력의 위상을 드높였다.

기계연구원 연구팀은 양자점을 친환경적이면서도 고품질로 대량 정제하는 기술을 개발했다. 기계연 연구팀은 합성용액이 흐르는 관 속에 표면적이 넓은 다공성 전극쌍을 배치했다. 전압을 걸면 마치 자석에 철가루가 달라붙듯 양자점이 전극 표면에 달라붙게 된다. 그 때 관 속에 불필요한 성분을 제거하는 세척액과 양자점을 활용도에 맞게 바꿔주는 용매를 관 속에 흘려보내면 원하는 상태로 불순물이 제거된 양자점을 얻을 수 있게 된다.

연구팀이 개발한 방식을 통해 기존 방법에 비해 용매를 1/10만 사용하고도 원하는 결과를 얻을 수 있어 환경오염이 대폭 줄일 수 있을 것으로 보인다. 또 원심분리기를 사용하지 않고 연속적으로 양자점을 생산할 수 있어 공정 자동화 및 대량화가 가능해졌다. 이는 산업 활용에 장점으로 작용할 전망이다.

김덕종 책임연구원은 “양자점 관련 세계시장은 2010년 6천700만 달러까지 성장하는 등 급격히 커지고 있다”며 “하지만 양자점을 활용하려는 노력에 비해 정제 공정을 개선하려는 노력이 덜하다는 점에서 착안해 새로운 공정을 고안하게 됐다”고 설명했다. “양자점 대량생산의 핵심기술이었던 정제공정 대량화에 성공함으로써 관련 산업발전에 크게 활용될 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

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김인환 기자 kih2711@kidd.co.kr

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