▲ ㈜씨엔티솔루션이 탄소계 양자점 양산기술을 개발하고 상용화를 본격 추진한다.(사진:씨엔티솔루션)

나노소재 전문기업 ㈜씨엔티솔루션(대표 서정국)이 친환경 공법을 통해 균일한 크기의 탄소계 양자점(Carbon Quantum Dots)을 대량 양산할 수 있는 기술을 개발했다. 배터리·바이오·반도체·디스플레이 등 산업에서 수요가 늘고 있는 양자점을 경쟁력 있는 가격으로 공급할 수 있게 돼 국내외 고기능 혁신 제품 생산에 기여할 전망이다.

씨엔티솔루션(CNT솔루션)은 자사의 탄소나노튜브(CNT)와 촉매 제조기술 등을 기반으로 탄소계 양자점을 연산 12톤 이상 대량으로 제조할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다고 27일 밝혔다.

양자점(Quantum Dots)은 나노 크기의 영(0)차원적 초미세 구조를 말하는 것으로 나노화를 통해 양자 구속 효과, 양자 수송 효과와 같은 양자 효과들이 나타나게 된다. 이로인해 특정한 파장의 빛을 흡수하고 방출하는 특성이 생기고 크기에 따라 발광색상이 달라지는 특징이 있다.

양자점을 디스플레이에 적용하면 기존 대비 색재현율이 향상되고, 바이오 분야에 적용하면 세포나 단백질을 추적해 질병 진단이나 치료에 응용할 수 있다. 양자점은 디스플레이를 비롯해 반도체, 바이오, 센서, 에너지 분야로 확장될 가능성이 높은 미래 신소재로 각광받고 있으며 국내외 글로벌 기업들의 기술개발 경쟁이 심화되고 있다.

양자점의 대량 생산체계 구축은 향후 5~10년 내에 이뤄질 것으로 예상되며 이에 양자점 세계시장 규모는 2025년 65억달러에서 2030년 145억달러로 연평균 17.4% 성장할 것으로 전망되고 있다.

그러나 양자점 합성에는 카드뮴, 납, 아연 등 중금속이 사용되기 때문에 안전성이 요구되는 바이오 등 분야에서는 활용에 제약이 있다. 이를 극복하기 위해 인체친화적인 흑연 등을 나노화한 탄소계 양자점(이하 CQD)이 주목받고 있다.

CQD는 넓은 비표면적을 가질 수 있어 응용 범위가 넓지만 기존 생산방식은 특정 장비 및 강한 산을 적용해 장시간의 반응을 거치는 등 복잡한 화학적 공정이 필요해 제조 공정이 까다롭고 생산량도 소량이어서 상용화가 쉽지 않은 상황이다.

이에 씨엔티솔루션은 CNT 건식분산기술 기반 기능성 복합소재를 생산하면서 축적해온 대량 합성기술과 대량의 불순물 제거 기술을 바탕으로, 저가이면서 친환경적인 CQD 양산기술을 개발했다. 이 기술은 연간 12톤 이상 CQD를 제조할 수 있어 현재 g당 가격을 수십~수백 달러에 수 달러대로 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 기대되고 있다.

CQD가 양산되면 대한민국 첨단산업의 경쟁력 강화에 기여할 것으로 전망된다. CQD는 가시광 영역에서 안정적인 형광을 방출하는 특성을 가지고 있으며 크기 제어, 다양한 기능화 및 도핑(doping) 등의 방법으로 밴드갭의 제어가 가능하기 때문에 플렉서블 디스플레이나 유연 LED 분야에 적용이 가능하다.

또한 CQD는 생체 친화적이어서 암세포에서 정상적인 세포까지 염색하는 바이오 분야에 적용이 유망하다.

특히 배터리(이차전지)에 CQD 적용 시 이온 전도도가 향상되고 덴드라이트(dendrite) 형성을 억제하는 특성이 보고되고 있어, 아연 이온, 알칼리 이온, 리튬 메탈, 차세대 리튬이차전지, 전고체 배터리 등 차세대 이차전지에 적용이 기대된다.

서정국 씨엔티솔루션 대표는 “CQD 양산기술 개발은 광전소자, 촉매, 바이오센서, 에너지 변환 시스템 등 분야에서 세계적으로 큰 반향을 불러일으킬 것”이라며 “현재 양산 설비 구축을 위한 투자를 진행 중으로, 가격경쟁력을 갖춘 CQD 양산을 통해 고객사의 혁신 제품 생산에 기여하겠다”고 포부를 밝혔다.

한편 씨엔티솔루션은 CNT 건식 분산기술을 기반으로 정전기방지, 발열, 스텔스 등 고기능성을 갖춘 첨단 소재를 생산해 왔다. 최근에는 배터리용 건식전극과 전고체에 필요한 파우더 형태의 분산 CNT도전재를 개발하고 있으며, 금속과 같은 높은 전도성 복합소재 바이폴라플레이트를 개발해 수전해 등 에너지 분야에 적용 중이다.

이러한 나노소재 기술력을 인정받아 회사는 산업융합선도기업, 소부장강소기업100, 국가대표 혁신기업1000, 첨단기술제품회사, 신기술NET, 10대 나노기술선정 등을 수상했으며, 투자기술평가TI –2, 특허평가등급 AA, 특허출원 48건, 특허등록 35건 등을 확보한 바 있다.