원자력연, 이온빔 활용한 ‘그래핀 양자점 건식 제조·패터닝 기술’ 개발

[이뉴스투데이 전한울 기자] 한국원자력연구원 양성자과학연구단은 하준목, 여순목 가속기이용연구부 박사 연구팀이 ‘이온빔 기술을 활용한 고결정성 고순도 그래핀 양자점의 건식 제조 및 패터닝 기술’을 개발했다고 23일 밝혔다. 관련 연구결과는 재료 분야 권위지인 카본에 게재됐다.

해당 기술은 그래핀 양자점을 만드는 새 건식 제조공정이다. 어떤 화학물질도 사용하지 않고 이온빔과 가열공정만으로 고결정성, 고순도 그래핀 양자점을 만들 수 있다. 기술개발은 과학기술정보통신부 이공학개인기초사업의 지원을 받아 진행됐다.

이번 개발 기술은 연구원 양성자과학연구단이 보유한 이온빔 조사시험시설을 적극 활용한다. 반도체 실리콘 기판의 원하는 부위에 금속이온빔을 조사해 철 나노입자를 생성한다. 

철 나노입자는 섭씨 800도에서 1000도에 이르는 두 차례의 가열 공정을 거치며, 그래핀 양자점을 합성하고 고온 속에서 모두 증발돼 그래핀 양자점만 남긴다.

연구진은 이 과정을 통해 불순물이 없는 순수한 그래핀 양자점을 정확한 위치에 제조하는 데 성공했다. 

특히 세계 최초로 양자점을 기판에 원하는 모양의 회로로 배치해 형성하는 패터닝도 성공했다. 최근 해외 일부 연구진이 그래핀 양자점 패터닝에는 성공했지만, 이번처럼 순수한 그래핀 양자점 제조에는 성공하지 못했다.

일반적으로 그래핀 양자점은 흑연 덩어리를 강한 산이나 염기 등으로 잘게 깎아내는 화학적 공정을 거쳐 액체 상태로 만들어낸다. 

불필요한 부산물이 포함되는 경우가 많으며, 유독성 물질을 사용하기 때문에 완성된 그래핀 양자점이 인체에도 유해하다는 논란이 있다. 

더불어 그래핀 양자점은 액체 상태로 만들어지고 패터닝이 어려워 디스플레이, 태양전지, 센서 등 산업적 활용에 제한이 있었다.