2015-05-09
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조태종(jtj0656)
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graphene를 물에 분산시킬 때 소수성 때문에 응집이 강하게 일어나는데
이를 극복하기 위해 GQDs를 graphene 표면에 붙이는 논문을 봤습니다.
왜 물에 분산이 잘 되는 GQDs를 바로 사용하지 않고 굳이 graphene에 붙여서 사용한 것인가요?
GQDs는 graphene을 이용하여 quantum dots 형태로 만든 것이라고 알고 있는데
그렇다면 graphene 과 GQDs 이 둘은 완전히 다른 물질이라고 봐야하나요?
이를 극복하기 위해 GQDs를 graphene 표면에 붙이는 논문을 봤습니다.
왜 물에 분산이 잘 되는 GQDs를 바로 사용하지 않고 굳이 graphene에 붙여서 사용한 것인가요?
GQDs는 graphene을 이용하여 quantum dots 형태로 만든 것이라고 알고 있는데
그렇다면 graphene 과 GQDs 이 둘은 완전히 다른 물질이라고 봐야하나요?
- graphene
- quantum dots
- GQDs
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답변 3
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답변
김강형님의 답변
2015-05-11- 2
첨부파일
QD는 수십 나노 이하의 크기인 입자인데 특이하게 입자 사이즈에 따라 발광할 때 색상이 달라지는 입자를 퀀텀닷이라고 합니다.
그리고 GQD는 대개 20나노미터 이하 크기인 입자인데 크기나 표면 기능기의 상태에 따라서 발광특성이 다른 QD입자를 GQD라고 합니다.
첨부에 작년에 공개된 서울대의 그래핀 양자점 특허를 붙이니 참조하시기 바랍니다.
상세하진 않지만 GQD를 제조하는 방법과 특성을 개략적으로 설명해 놓아서 이해하시는데 도움이 될 것 같습니다.
그래핀은 흑연에서 한 장의 2차원 물질을 떼어냈을 때 그래핀이라고 합니다. 그래서 여러 장 붙은 것은 사실 그래핀의 실제 특성보다는 흑연에 가깝지요.
하지만 단층 그래핀을 얻는 것은 테이프 박리로도 여러 번의 박리 과정을 거쳐야 가능할 정도로 쉽지 않은 공정입니다. 이러니 약품으로 그래핀을 단층으로 박리하는 것은 참 어렵습니다. 그래서 CVD공정으로 그래핀을 합성한 것이 단층 그래핀을 얻는데는 더 유리합니다.
이렇듯이 흑연에서 얻는 박리 그래핀은 10여 장 두께로 붙은 상태라 그래핀이라고 부를 뿐 실제로는 흑연에 가까운 성질입니다.
만약 각 층을 분리해 내도 용액 안에서는 스스로 다시 응집되려고 합니다. 그렇기 때문에 그래핀 가장자리를 어떤 방법으로 안정화시켜 분산하느냐가 중요한 기술입니다.
그래핀이 이런 특성을 가지지만 산을 포함한 약품에서 박리한 그래핀은 카네이션 꽃처럼 가장자리는 박리되고 중심만 붙어있는 형태의 그래핀 입자나 너댓층 이하(4nm 이하) 두께는 가장자리가 벌어져 그래핀 특성을 나타내기 때문에 그래핀으로 인정해 줍니다. 이렇게 얻는 그래핀은 약품으로 박리하는 과정에서 대부분 산화시켜 얻었기 때문에 정확히 표현하면 산화그래핀(GO)이 된 상태입니다. 단지 약칭으로 그래핀이라고 부를 뿐이죠.
그래서 이런 GO를 약품으로 다시 환원시킨 그래핀을 rGO라고 부릅니다.
하지만 현장에서는 이를 모두 단순히 그래핀이라고 부르기 때문에 어떤 것을 말하는 것인지는 내용을 보고 판단해야 하므로 혼동이 오곤합니다.
이런 것을 감안해서 읽어 보셔야 정확한 내용이 파악되실 것입니다.
그런데 논문에서는 이런 것을 고려하여 편집자들이 용어를 정확히 기재하도록 조정할 텐데요.
말씀하신 논문의 그래핀이 어떤 그래핀인지는, 논문의 복사본을 첨부해 주시든지 하시는 것이 좀더 정확한 도움을 드릴 수 있을 것입니다. -
답변
박영환님의 답변
2015-05-09- 1
GQD (graphene quantum dot)는 graphene 조각이 몇 층이 쌓여서 만들어진 수 나노미터 크기의 입자입니다. 완전히 graphene과 다른 물질이라고 하긴 어렵고, graphene 조각이 2~5개 층, 많아야 10개 층 미만으로 쌓인 것으로 특이한 발광 특성을 보입니다.
GQDs를 graphene 표면에 붙이는 논문은 무슨 내용인지 원문을 소개해 주시면 좋겠습니다.
조태종(jtj0656) 2015-05-11답변감사합니다. 논문은 Processable Aqueous Dispersions of Graphene Stabilized
by Graphene Quantum Dots 입니다. -
답변
박영환님의 답변
2015-05-11- 1
소개해 주신 자료를 보니, graphene sheet를 낱장으로 떼어낸(exfoliation) 후의 상태를 유지하는 방법으로 GQD를 표면에 흡착시킨 방법이네요. 낱장으로 떼어낸 후에도 수분산 상태가 오래 지속되면 graphene sheet 사이의 파이-파이 적층(stacking) 현상에 의해 다시 응집되는 현상이 생길 겁니다. GQD가 표면에 듬성듬성 붙어 있다면 이러한 적층을 막아주어 응집을 억제하는 효과를 보일 겁니다.
참고로, GQD의 크기는 수 나노미터 수준이고, graphene은 일반적으로 수 마이크로미터 수준이니, 천 배 이상 크기의 차이가 있습니다. 같은 종류의 물질(GQD)을 이용해서 graphene의 응집을 막아주는 효과를 주므로 소개해 주신 논문의 방법은 아주 적절한 기술이라고 생각됩니다.
조태종(jtj0656) 2015-05-12감사합니다. 한가지 궁금증이 생겼는데요. 논문에서 검은색 가루의 graphene powder를 이용해 갈색의 GQDs가 얻어지는데요. 이 때의 색변화의 이유에 대해 어떻게 생각하시는지요?
박영환(yehapark) 2015-05-13아마도 band의 에너지 준위가 갈라지면서 모든 빛을 흡수하는 흡광능력이 없어져서 그런 것 같습니다. GQD는 크기가 작아서 에너지 밴드가 좁아지고 말단 작용기들에 의한 표면상태도 생기게 됩니다. 조금 다른 경우지만 graphene을 산화한 graphene oxide 의 경우도 색변화가 관찰되는데, 이 경우에는 파이결합의 공액상태(conjugation)이 없어져서 에너지 준위의 불연속성이 생깁니다. 이 경우에는 더 심해져서 황토색까지 변합니다.