장애인의 희망 ‘생각대로 움직이고, 느끼는 인공 팔(Bionic arm)’ 영화 속 미래가 현실로 다가온다 - 신경신호 기반 제어기능을 갖는 인공 팔(Bionic Arm) 원천기술 개발 사업 수행 - 수부절단 장애인들의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대 인간에게 가장 완벽한 도구인 손과 팔을 모방한 인공 팔(Bionic Arm)이 장애인들이 생각하는 대로 움직이고, 손의 감촉을 느낄 수 있다면? 수부 절단 장애인에게 꿈같은 이야기가 곧 현실로 다가올 것으로 보인다. 최근, 인간능력 향상 및 편익 증진을 위해 인간과 동물의 생체원리를 기반으로 한 연구개발 및 정책지원 확대가 활발히 추진 중이다. 특히 첨단기술 기반 고난도 생체모사로 지능과의 연계를 통한 인체에 적용 가능한 기술개발 추진이 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 오상록 박사팀은 미래창조과학부 첨단융합기술개발사업의 생체모사형 메카트로닉스 융합기술개발 사업으로 ‘생각대로 움직이고, 느끼는 인공 팔(Bionic Arm) 개발’을 수행하고 있다. 본 연구는 전략적 협력 연구를 진행하는 융합연구 형태의 통합시스템사업으로 2014년에 사업 선정되어 총 6년 간 365억 원(정부 315억, 민간 50억)의 사업비로 수행될 예정이다. 사업의 성공적 추진을 위해 국내 최고 수준의 협력 연구팀으로 한국과학기술연구원 로봇연구단 김기훈 박사팀(신경신호 측정/분석시스템 개발), 성균관대학교 최혁렬 교수팀(인공피부 및 근육 개발), 한양대학교 최영진 교수팀(인공 골격 및 관절 개발)이 각각 선정되었고, 올해 상기 팀 연구와 연계하여 삽입형 인터페이스 개발을 위한 마지막 연구팀이 추가로 선정될 예정이다. 현재의 인공 팔(Bionic Arm) 기술 수준은 뇌파, 근전도, 신경다발 등에서 측정되는 제한적인 생체신호를 통한 팔의 위치 정보 및 제스처 획득만 가능하기 때문에, 해독할 수 있는 동작의 수가 제한적이고, 촉감은 느낄 수 없는 수준이었다. 본 연구사업의 목표는 인체 신경의 신호 전달 원리를 총체적으로 분석하고 신경인터페이스를 구성하여, 복잡한 움직임과 다양한 촉감을 생성하는 생체신호 제어용 신호 처리 기술을 기반으로 인체신경과 연동하여 인체 호환 수준으로 자유롭게 움직이고 물체형상과 온도까지 인식하는 인공 팔(Bionic Arm) 개발에 도달하고자 한다. 이를 위해 KIST 김기훈 박사팀은 인체의 동작을 위해 뇌에서 근육으로 전달되는 신경신호를 측정하고 분석하고, 연동까지 가능하게 되어 섬세한 손동작 구현이 가능한 바이오닉 암을 개발하고 있다. 또한, 피부에서 뇌로 전달되는 촉감관련 신경신호를 이해하고, 신경을 자극함으로써 인공 팔을 통한 촉감을 복원하고자 한다. 이를 위하여, 삽입형 신경 전극과 이를 이식하기 위한 수술 장비 및 신경/근육 재생 기술을 개발 중이다. 성균관대 최혁렬 교수팀은 바이오닉 암을 구동하기 위하여 고분자 소재를 이용하여 인간의 근육과 유사한 힘을 낼 수 있는 인공근육형 구동기와 인공 팔에 장착할 수 있는 피부를 모사한 3차원 피부센서를 개발 중이다. 한양대 최영진 교수팀은 절단장애인의 남아있는 뼈와 근육들을 최대한 활용하여 구동부를 최소화하고 팔/손의 움직임을 의학적으로 분석하여 사람과 비슷하게 움직이는 인공골격 및 관절 메커니즘을 개발 중이다. 본 연구사업 총괄책임자인 오상록 박사는 “기존의 근전도 및 뇌 신호 중심으로 센서 또는 구동기 개발에 편중되었던 기술에서 벗어나 신경신호와 직접 연결하여 인체에 적용 가능한 기술인만큼 실제 사용자들에게 기대 이상의 효율성과 삶의 희망을 되찾을 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구사업은 바이오 메카트로닉스 및 의료/재활/수술로봇 관련 원천 특허 확보가 가능하며, Bionics 연구, 뇌 질환, 인간-기기 인터페이스, 신경 컴퓨터, 지능형 반도체 칩, 생물 전자 소자, 신경 회로망, 뇌/신경 유전체 기능 연구 등 다양한 분야에서 시장 창출이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 국내 약 14만 여명의 상지 절단 장애인들을 위한 부분 의수 및 인공 팔/손으로 적용 가능하여 삶의 질 향상에 기여할 것으로 보인다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

고결정성 그래핀 양자점 대량생산 원천기술 개발 - 용액 공정 방식을 통해 고결정성을 획득하는 그래핀 양자점 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 대량생산, 기술 응용 및 상업화에 획기적 전기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사팀은 푸말로나이트릴(fumaronitrile)이라고 불리는 백색 고 결정 물질을 이용하여 수용액 상태에서 균일한 크기의 고 결정성을 가지고 양친매성을 보이는 탄소 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소 구조체 합성 방법에는 크게 하향식 접근법 (Top-down Approach)과 상향식 접근법 (Bottom-up Approach)인 두 가지로 나누어지는데, 상대적으로 대량 생산이 가능한 상향식 접근법이 각광받고 있다. 하지만, 해당 공정에 활용되었던 기 보고된 저분자 물질들은 대부분 산성을 띄며, 합성 된 탄소 구조체의 품질이 취약해 응용 연구에는 한계가 있고, 추가적인 정제공정이 필요하다는 단점을 가지므로 공정시간 및 제조단가의 상승이 불가피하다. 이에 연구팀은, 푸말로니트릴을 수용액 상태에서 적정 온도 이상으로 가열하여 합성하는 방식을 통해 탄소화 반응을 유도하여 균일한 크기를 가지는 고 결정성 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 하향식 접근법을 사용하여, 기존의 산성을 띄는 비결정성 유기물질이 아닌 저분자 물질이 가지는 고유의 화학적 성질(산성도, 고 결정성)로 인해 비교적 중성에서 탄소 구조체 합성이 가능하다. 이로 인해 추가적인 정제공정이 필요하지 않고, 비교적 저온 공정 (약 200 °C) 에서도 20분 이내에 충분히 결정성이 뛰어난 탄소 구조체를 합성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 해당공정으로 합성한 양자점의 경우 추가적인 후처리 공정이 없어도 다양한 용매에 충분한 용해도를 가지므로 산업 현장에서 쉽게 활용이 가능하다. 탄소 기반 나노/마이크로 구조체의 경우, 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 양자컴퓨터, 바이오 이미징, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 주목받고 있다. 최근에는 해당 소재를 활용한 다양한 고성능, 고부가가치를 가지는 복합소재 개발에 전 세계적으로 연구역량이 집중되고 있다. 특히, 초경량, 고강도, 고탄성, 내마모성과 같은 기본적인 물리적 특성 향상 뿐만 아니라, 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재·소자 기술을 비롯하여 자기치유 기능을 가지는 나노복합체 및 생체모방형 융복합소재 합성과 같은 기능성 유/무기 하이브리드 나노복합소재기술 발전에 큰 공헌을 할 것이라 기대하고 있다. 배수강 선임연구원은 "탄소 구조체의 물성 조절을 위해 균일한 크기 및 고 결정성을 가지는 탄소 구조체를 만드는 기술이 핵심이다" 라며 "이 기술은 합성 후 추가적인 후처리 및 정제 공정이 필요하지 않으므로 공정 시간 단축 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 정밀한 크기 제어 및 특성 향상과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 나노카본 소재의 물성과 크기 조절을 위한 핵심 기술을 연구하고 있으며, 이를 이용한 고기능성 유/무기 복합 소재 개발을 위한 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 신규 선임 연구사업으로 수행되었으며, 미국화학학회(American Chemical Society)가 발간하는 재료화학분야의 권위지 케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials, Impact Factor: 8.354)의 2016년 3월호에 게재되었다. * (논문명) ‘Facile and purification-free synthesis of nitrogenated amphiphilic graphitic carbon dots’ - (제1저자) 문병준 연구원, 오예린 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 배수강 박사 <그림자료> <그림1> KIST 배수강 선임연구원팀은 기존의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 양자점을 보완하기 위해, 나이트릴(nitrile) 및 탄소-탄소 이중결합을 가진 저분자 (푸말로나이트릴, Fumaronitrile (FN))를 이용하여 5 nm 정도의 크기 및 1~2 층을 가지는 고품질의 탄소 양자점을 합성 하였다. 또한, 다른 저분자 물질에 비해 합성 후 중성에 가까운 산성도를 보임으로써 정제 공정을 필요로 하지 않음을 알 수 있다. <그림2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다. <그림3> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 양자점에 치환 도핑된 질소 원자 및 말단 부분에 결합된 기능기로 인해 넓은 파장 영역의 발광 특성을 가지며, 고 결정성을 가짐에도 불구하고 비교적 긴 전자수명 (대략 8 ns)을 가짐을 알 수 있다.

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