김동호 명예특임교수팀, 친환경 소재의 푸른빛 양자점의 발광 특성 규명
디스플레이 개발의 난제였던 푸른빛 양자점의 특성 이해
양자점 구조와 발광 특성의 연관성에 대한 이해를 격자 단위까지 넓혀
연세대학교 화학과 김동호 명예특임교수팀과 삼성종합기술원 연구팀이 초고효율, 초고색순도의 푸른빛 양자점의 특성을 보고했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최상위 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF 29.4, 상위 1%)’에 권두삽화(Frontispiece)로 선정돼 최신 호에 출판됐다.
양자점은 수 나노미터의 매우 작은 입자로, 크기나 모양을 제어해 발광 성질을 조절할 수 있으며, 이로 인해 높은 색순도 구현이 가능해 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다.
양자점을 이용한 디스플레이 상용화를 위해서는 친환경 소재를 이용한 RGB 색상의 양자점을 최적화하는 것이 필수적이다. 그러나 이 중에서도 푸른빛 양자점은 작은 크기의 입자로 인해 결함이 발생하기 쉬워 개발에 어려움을 겪고 있었다.
이에 연구팀은 친환경 푸른빛 양자점의 대표 소재인 아연 셀레늄 텔레나이드 (ZnSeTe)을 기반으로 양자점 모양과 발광 성질의 연관성을 밝혀냈다.
지난 연구를 통해 양자점의 쉘 두께나 입자 크기 등이 양자점의 성질에 영향을 미친다는 것을 밝혀졌다. 그러나 양자점 합성 과정에서의 면 성장 방향에 관한 연구는 더 세밀하고 자세한 분석이 필요해 미지로 남아있었다.
[사진. 어드밴스드 머티리얼즈 표지 삽화]
연구팀은 플루오린화 수소산(Hydrofluoric Acid) 첨가를 통해 특정 면을 안정화하고 그 방향으로 합성을 유도함으로써 양자점의 형태가 불규칙한 둥근 형태에서 규칙적인 정육면체 방향으로 변화하는 것을 관측했다.
이렇게 합성된 양자점은 매우 높은 양자 수율과 얇은 발광폭을 가져 높은 성능과 색순도를 보였다.
또한, 입자 모양의 변화와 양자점의 성능 간의 상관관계를 밝히기 위해 체계적인 결정학 분석과 분광학 분석을 진행했다. 이를 통해 격자 구조, 결함 밀도, 발광 성능 간의 연관성을 명확히 하고, 결정상 조절이 양자점 발광 메커니즘에 미치는 역할을 규명했다.
이번 연구는 지금까지 어려움을 겪던 푸른빛 양자점의 발광 특성에 대한 이해와 고성능 양자점 개발의 방향성을 제시했다고 평가받는다.
연세대 김동호 교수는 “양자점 기반의 재료 개발과 응용 분야에서 혁신적인 전망을 제시하며, 푸른 빛 양자점 기술의 발전에 이바지할 결과”라고 연구 의의를 밝혔다.
논문정보
● 논문제목: Crystallographic and Photophysical Analysis on Facet-Controlled Defect-Free Blue-Emitting Quantum Dots
