나노기술 및 정책 정보

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● 포항공과대학교 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과·첨단원자력공학부 조항진 교수, 김무환 교수, 첨단원자력공학부 한태양 박사, 기계공학과 통합과정 노재범 씨 연구팀은 현탁액(suspension)이 증발할 때 일어나는 현상인 커피링 효과를 이용해 퀀텀닷 배열법을 개발

● 수 나노미터(nm) 크기의 퀀텀닷은 유체가 흐르는 대로 잘 따라가며, 컵에 커피 방울이 흘러내린 채로 두면 커피 자국이 남듯, 퀀텀닷 입자를 담은 현탁액이 증발하면 이 입자들은 모세관력에 의해 액체 방울의 가장자리와 같은 특정 영역에 자동으로 배열

● 이 성질을 이용하기 위해 다양한 방법이 시도됐지만, 실제로 디스플레이에 활용할 수 있는 정도의 밝기 구현은 어려웠고, 지금까지는 고가의 장비를 이용해 퀀텀닷을 기판 위에 직접 찍어내는 방식이었기 때문에 제품 단가도 덩달아 높아졌던 상황 

● 이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 브이(V)자 구조물을 이용해 현탁액 증발 과정에서 퀀텀닷을 아주 작은 크기의 화소 형태로 배열하고자 하였으며, 액체를 붓고 증발시키면 V자 안쪽에 액체가 빨려 들어가 입자가 쌓이도록 하는 방식으로 진행 

● 연구 결과, 이 방식으로 제작된 퀀텀닷 화소의 밝기는 비교군보다 20배 이상 밝았으며, 각 화소 간 밝기 균일도는 98% 이상으로 매우 균일한 것을 확인 

● 연구팀은 이번에 개발한 퀀텀닷 배열법을 이용하면 고가 장비 없이도 현탁액을 뿌리기만 하면 밝은 퀀텀닷 화소가 만들어지기 때문에 퀀텀닷 디스플레이의 제작비용을 줄일 수 있을 것으로 기대  

※ 용어설명

- 양자점(Quantum Dots): 0차원적 구속으로 에너지 준위의 양자화가 나타나는 나노 크기의 초미세 입자

- 현탁액(suspension): 흙탕물, 먹물, 페인트 등과 같이 내부에 고체 입자가 분산해 떠 있는 액체

- 커피링 효과(coffee-ring effect): 흘린 커피를 바로 닦아내지 않으면 커피 자국의 가장자리가 다른 부분보다 진하게 남는 현상

※ ACS Applied Materials and Interfaces 게재(2021.10.22.), “Pixelated Microsized Quantum Dot Arrays Using Surface-Tension-Induced Flow”

※ 한국연구재단(중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, RLRC선도연구센터사업, 핵융합기초연구사업) 지원