[과학을 읽다]모양·색 바뀌는 '트랜스포머 구조체'

유니스트 연구팀, 관련 구조체 만들어

최종수정 2017.05.02 04:01기사입력 2017.05.01 09:47 정종오 산업2부 기자
▲하이브리드 탄소 나노 구조체를 용매에 녹인 모습(아래)과 여기에 자외선을 비춰서 형광을 나타내는 모습(위). 양자성 용매에 녹이면 파란색 형광이 비양자성 용매에 녹이면 초록색 형광이 나타난다.[사진제공=유니스트]

[아시아경제 정종오 기자] 모양에 따라 색이 변하는 이른바 '트랜스포머 탄소 구조체'가 개발됐습니다. 어떤 용액에 녹이느냐에 따라 모양이 바뀌고, 뿜어내는 색깔도 달라집니다. 탄소나노물질의 특성을 용매로 조절한다는 점에서 주목받고 있습니다.

국내 연구팀은 그래핀에 탄소나노링이 도입된 '하이브리드 탄소 구조체'를 내놓았습니다. 이 구조체는 용매의 특성에 따라 2차원 판상이나 3차원 구(球) 모양으로 변합니다. 모양에 따라 형광 특성도 달라진다는 게 큰 특징입니다.

물질이 빛 자극을 받아 특정한 색을 내뿜는 현상을 형광이라고 부릅니다. 그래핀 같은 기존의 탄소나노물질은 빛을 받으면 파란색 계열의 형광을 나타냅니다. 파란색 형광은 세기가 약해 센서나 광전자 소자 등으로 활용하기 어렵습니다. 이번 연구에서 개발한 하이브리드 탄소 구조체는 용매에 따라 파란색부터 주황색까지 형광을 조절할 수 있어 탄소나노물질의 응용 분야를 넓힐 수 있습니다.

새로 개발한 하이브리드 탄소 구조체는 탄소나노링이 그래핀 표면 위에 붙어 있습니다. 탄소나노링은 시트르산을 가열시켜 탄화시키면 만들어지는 물질입니다. 연구팀은 시트르산과 그래핀을 동시에 가열시켜 탄소가 풍부한 물질로 만드는 탄화 반응으로 하이브리드 탄소 구조체를 만들었습니다.
이번에 개발한 하이브리드 탄소 구조체는 두 물질의 시너지 효과를 가져와 기존 탄소나노소재의 특성을 확장시켰다는 점에서 주목받고 있습니다. 나노소재가 가진 한계점을 뛰어넘기 위한 새로운 가능성을 제시했습니다. 이번 연구에서 개발된 탄소 구조체의 우수한 용매 의존 발색 현상은 센서, 바이오 이미징, 광전자 재료 등의 분야에 활용 가능합니다.

이번 연구는 유니스트(UNIST, 총장 정무영) 자연과학부 화학과 김병수·권오훈 교수가 공동으로 수행했습니다.

제1저자로 참여한 최유리 UNIST 자연과학부 박사 후 연구원은 "새로 개발한 하이브리드 탄소 구조체에 있는 탄소나노링이 용매 성질에 따라 화학반응이 다르게 나타난다"며 "용매에 넣었을 때 수소결합을 이뤄지는지에 따라 형상과 광특성이 달라진다"고 설명했습니다.

김병수 교수는 "용매에 따라 탄소나노물질의 형상이 변하는 것을 명확히 보여준 연구"라며 "이번 연구를 통해 시너지 효과를 보인 하이브리드 신소재의 특성을 향상시키고 응용 분야를 확대할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

권오훈 교수는 "이번 연구에서 개발한 부드러운 신소재는 용매와 상호작용하면서 형태가 변하고 이에 따른 에너지 전달 메커니즘이 변하면서 발광 특성이 조절된다"며 "탄소나노물질의 광특성을 극대화하고 발광특성을 조절하는 새로운 가능성을 제시했다"라고 평가했습니다.

연구 결과는 재료 분야 국제학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, 논문명:Morphology Tunable Hybrid Carbon Nanosheets with Solvatochromism)에 실렸습니다.
▲용매에 따라 다양한 형광을 보이는 하이브리드 탄소 구조체.[사진제공=유니스트]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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