▲ 개발한 3차원 퀀텀닷 패터닝 기술을 활용한 나노구조체 제작 예시 및 광학적 활용. 소수성 ~ 친수성에 걸친 다양한 퀀텀닷 재료 기반 나노구조체 제작이 가능하며 우수한 패턴 품질 및 높은 두께의 3차원 구조 형성이 가능하여 발광소재, 카이랄소재의 혁신적인 효율 향상을 달성함.(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

KAIST 연구팀이 기존보다 7배 이상 높은 발광 효율을 자랑하는 3차원 퀀텀닷 나노구조체를 개발했다. 이 기술은 차세대 고성능 디스플레이와 바이오센서 분야에서 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다.

KAIST는 신소재공학과 정연식 교수와 전기및전자공학부 장민석 교수, 동국대학교 최민재 교수 공동 연구팀이 3차원 퀀텀닷 나노구조체를 적층형 방식으로 구현했다고 27일 밝혔다. 연구팀은 초미세 전사 프린팅 기법을 이용해 고정밀 3차원 퀀텀닷 구조를 제작했으며, 이 방식은 기존 기술로는 구현이 어려웠던 퀀텀닷 나노구조체를 정교하게 쌓아 올리는 데 성공했다.

7배 이상 높은 발광 효율, 다양한 산업에 적용 가능

이번 연구에서 개발된 퀀텀닷 나노구조체는 일반 퀀텀닷 필름 대비 7배 이상의 발광 효율을 기록했다. 이는 향후 고성능 퀀텀닷 디스플레이 소자에 응용할 수 있을 뿐만 아니라, 더 나아가 다양한 고성능 콜로이드 소재를 3차원 나노 구조화하여 차세대 광학 메타물질 및 바이오센서에 활용할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

카이랄 광학 특성으로 약물 스크리닝과 바이오 물질 검출 플랫폼 가능성

연구팀은 또한 편광 빛에 대한 선택적 반응을 보이는 카이랄 구조체를 구현해, 기존 최고 기록인 19도에서 21도로 향상된 원편광 이색성(Circular Dichroism) 성능을 달성했다. 이 기술은 카이랄 특성을 가진 바이오 물질을 더 정밀하고 빠르게 검출할 수 있는 플랫폼으로도 사용될 수 있으며, 특히 약물 스크리닝 등 바이오 분야에서의 활용 가능성을 제시하고 있다.

대면적화 가능, 고성능 소자 양산 기대

연구팀이 개발한 기술은 대부분의 나노입자에 적용할 수 있어 범용성이 뛰어나며, 프린팅 방식으로 대면적화가 가능해 고성능 소자 양산에도 유리하다. 연구를 이끈 정연식 교수는 “이번 연구는 퀀텀닷뿐만 아니라 다양한 고성능 소재를 3차원으로 나노 구조화함으로써 차세대 광학 메타물질 및 고감도 바이오센서 분야에서 새로운 장을 열 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 8월 14일자로 게재되었으며, 신소재공학과 김건영 박사와 전기및전자공학부 김신호 박사가 공동 제1 저자로 참여했다.

논문명은 Chiral 3D structures through multi-dimensional transfer printing of multilayer quantum dot patterns 이다.