UNIST는 자연과학부 화학과 김병수·권오훈 교수 공동 연구팀이 그래핀에 탄소나노링이 도입된 ‘하이브리드 탄소 구조체’를 개발했다고 1일 밝혔다.

이 구조체는 용매의 특성에 따라 2차원 판상이나 3차원 구(球) 모양으로 변한다. 이 모양에 따라 형광 특성도 달라진다는 게 큰 특징이다.

이번 연구에서 개발한 하이브리드 탄소 구조체는 용매에 따라 파란색부터 주황색까지 형광을 조절할 수 있어 탄소나노물질의 응용 분야를 넓힐 수 있을 것으로 전망된다.

새로 개발한 하이브리드 탄소 구조체는 탄소나노링이 그래핀 표면 위에 붙어 있다. 탄소나노링은 시트르산을 가열시켜 탄화시키면 만들어지는 물질이다. 연구진은 시트르산과 그래핀을 동시에 가열시켜 탄소가 풍부한 물질로 만드는 탄화 반응으로 하이브리드 탄소 구조체를 만들었다.

김병수 교수는 “용매에 따라서 탄소나노물질의 형상이 변하는 것을 명확히 보여준 최초의 연구”라며 “이번 연구를 통해 시너지 효과를 보인 하이브리드 신소재의 특성을 향상시키고 응용 분야를 확대할 것”이라고 밝혔다.

권오훈 교수팀은 시간분해 분광법을 통해 이 물질의 구조가 변하면서 형광이 조절되는 원리를 분석했다.

우선 양성자성 용매에서는 하이브리드 탄소 구조체와 용매 사이에서 수소결합으로 인한 에너지 손실이 일어나 주황색의 형광을 보였다. 이와 달리 비양성자성 용매에서는 에너지 손실이 적기 때문에 초록색 형광을 나타냈다.

권오훈 교수는 “이번 연구에서 개발한 부드러운 신소재는 용매와 상호작용하면서 형태가 변하고 이에 따른 에너지 전달 매커니즘이 변하면서 발광 특성이 조절된다”며 “탄소나노물질의 광특성을 극대화하고 발광특성을 조절하는 새로운 가능성을 제시했다”고 평가했다. 이상길 기자