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백색광을 위한 탄소 점-희토류 이온 하이브리드 복합재료

전문가 제언: ○ 반도체 형 양자점 발광체는 차세대 발광소재로 인식되어 다양한 연구가 진행되었으며, 현재 디스플레이 분야에서 상용화 되고 있다. 하지만 화학적 안정성의 결여, 독성, 높은 제조 단가 등의 문제점으로 인하여 한계점에 도달하였다. 이에 반하여 탄소 점 (carbon dots, CDs)은 친 환경적이며, 활용 가능한 전구체가 다양하여 합성법이 단순하고, PL의 색상 변조가 용이한 장점을 가지고 있어 반도체 형 양자점을 대체할 새로운 발광소재로 주목을 받고 있다.

○ CD의 발광 파장은 CD의 크기나 CD의 표면에 기능화 된 분자들에 따라 청색에서부터 적색까지 변조할 수 있다. 가장 주목받는 토픽은 CD로부터 백색광을 구현하는 것이다. 이상적인 백색광은 적·녹·청 삼원색으로 구성된 발광이다. 현재까지 한 반응용기 합성에 의한 백색광 CD의 개발에 집중되고 있다. 청색 발광의 CD와 희토류 이온들인 Eu3+와 Tb3+로 구성된 하이브리드 복합재료는 새로운 백색 발광 소재이다.

○ 국내에서도 고 발광성 CD의 합성 및 합성법에 따른 발광 특성에 대한 연구가 포항공대의 이시우 연구팀, 울산 과기대의 김병수 연구팀, 전북대학교의 김학용 연구팀 등에 의해 수행되고 있다. 하지만 CD와 희토류 이온들을 접목한 하이브리드에 대한 연구는 국내 뿐 만 아니라 국외에서도 아직 연구가 진행되지 않고 있다.

○ f 궤도함수의 전자를 가진 란탄족 이온들 중에서 Eu3+와 Tb3+ 이온들은 각각 독특한 적색 및 녹색 발광을 방출하는데, 배위환경에 따라 발광 세기가 수십에서 수백 배 증가하는 초과민성을 나타내고 있다. 하지만 이들 이온들의 발광은 f→f 전이에 의해 유도되기 때문에 흡수도가 매우 낮은 단점을 가지고 있다.

○ 이러한 단점을 해결하기 위해서 광 흡수도가 큰 리간드를 CD의 표면에 결합시켜 리간드로부터 이들 희토류 이온들로의 에너지 전달 과정을 도입하면 된다. 따라서 에너지 전달을 응용한 CD-희토류 이온-하이브리드 복합재료는 차세대 백색광 소재가 될 가능성이 매우 높다.

저자: Tianxiang Zhang, Yue Zhai, He Wang, Jinyang Zhu, Lin Xu, Biao Dong, Hongwei Song
자료유형: 니즈학술정보