▲ 김덕종 한국기계연구원 나노역학연구실 박사.

2~10nm 크기의 반도체 결정인 반도체 양자점을 대량으로 빠르고 고품질로 균일하게 정제하는 원천기술이 세계 최초로 개발됐다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택) 나노역학연구실 김덕종 박사팀과 연구실 정소희 박사팀이 공동으로 ‘나노소재 기반 기능성 소자 적용기술 개발’을 통해 세계 최초로 연속방식의 나노입자 정제기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

하지만, 김덕종 기계연 박사팀의 기술은 연속적인 정제가 가능해 고품질 양자점을 대량 생산할 수 있게 됐다.

유기 용매 소모를 최소화한다는 점에서 친환경적이고, 연속방식이라 대량의 합성원액에 신속히 대응 가능하며, 공정 전반의 자동화가 용이해 정제 결과가 우수하다는 장점이 있다.

향후 LED, OLED, 태양전지, 바이오 표시자, 바이오센서, 위조방지 인쇄 등의 성능을 획기적으로 향상시킬 것으로 보인다.

그 동안 불연속 배치 방식의 나노입자 정제기술이 사용돼 왔으나 연속방식 기술은 세계 최초이다.

개발된 기술은 양자점 합성 원액과 제품의 최종 생산 공정을 위해 양자점을 분산해야할 용매인 타깃 용매의 인접한 곳에 전극으로 전기장을 발생시킨다.

그후 불순물이 없는 양자점이 타깃 용매 쪽으로 흐르게 해 내부에 입자가 고르게 분산된 고품질의 양자점 분산액을 연속적으로 얻을 수 있는 새로운 공정 기술이다.

일반적으로 양자점과 같은 나노입자는 합성 후 불순물 제거를 위한 정제 과정이 필요하다.

기존에 불순물이 없는 양자점을 얻기 위해 합성원액 내의 양자점을 인위적으로 침전시킨 후 이를 모아 용매에 재분산하는 과정을 수차례 반복하는 정제 과정을 거쳤지만 이런 방법은 환경 친화적이지 못하고 작업자에 따른 결과 차이로 산업용의 균일한 품질의 양자점 대량 확보가 어려웠다.

김덕종 박사는 “지금까지 합성된 양자점을 연속적으로 정제할 수 있는 기술은 없었다”며, “이번에 세계 최초로 개발된 본 기술은 컨베이어벨트로 제품을 연속적으로 생산하는 것처럼 고품질의 양자점을 대량으로 생산할 수 있게 돼, 향후 양자점 TV 등 새로운 시장 창출에 크게 기여할 것으로 생각한다”고 밝혔다.

한편, 이 기술과 관련해 국내특허 3건이 등록돼 있으며, 이번 연구결과는 나노기술 분야의 권위 있는 저널인 ‘나노스케일(Nanoscale)’ 온라인판에 게재됐다.

▲ 나노입자 연속 정제 기술의 개념 .

▲ 연속적인 나노입자 합성 및 정제 기술 .