양자점 나노 기술..`영화속 세상도 현실이 된다`

[이데일리 서영지 기자] (가상 1) 직장인 A씨의 아침. 아침에 일어날 시간이 되면 조명 커튼이 빛의 밝기를 조절해 잠에서 깨어나도록 유도한다. 잠자리에서 일어난 A씨는 한쪽 벽면에 설치된 얇고 투명한 월(wall)디스플레이를 통해 오늘의 일정과 날씨, 추천 의상 등의 정보를 확인한다. 검진 거울(Medical Mirror) 앞에서 건강 상태도 점검한 A씨는 몸에 특별한 이상이 없는 것을 확인하고 출근길에 나선다.

(가상 2) 중년을 향해가는 B씨. 패치 센서를 피부에 붙였더니 암으로 의심되는 조직이 발견됐단다. 특정 암에 반응하는 나노 형광 액체를 마시니 정확한 암의 위치를 찾을 수 있었다. 나노 로봇 캡슐을 먹어 외부에서 조종하는 로봇을 몸에 투입했다. 이 로봇은 목표 암 부위에 정확히 약물을 전달했다. 부작용 없이 암세포만 없앤 것이다.

이처럼 먼 미래에나 가능할 것 같던 일들이 점점 현실로 다가오고 있다. 나노 기술로 이 모든 것이 가능한 세상이 다가오고 있는 것이다.

◇ 무궁무진하게 응용 가능한 나노 기술 `양자점`

▲ 양자점은 2~10㎚(나노미터) 크기의 중심체와 ZnS(황화아연)로 이뤄진 껍질로 구성된다. 껍질 밖 표면에 고분자 코팅을 하기 때문에 통상 10~15㎚ 크기의 나노입자를 갖는다.

나노(nano)란 10억분의 1을 나타내는 단위로, 나노 수준의 정밀도를 요구하는 극미세가공 과학기술이 나노 기술이다.

나노 소재 중 최근 주목을 받고 있는 것은 양자점(퀀텀닷). 양자점은 총 천연 빛을 구현할 수 있어 형광 나노 소재로 주목받고 있다.   이를 활용하면 태양전지와 광섬유, 초미세 반도체 등에 응용할 수 있다. 조영제 등 의료분야에서도 차세대 물질로 주목받고 있다.

양자점은 다른 소재에 없는 다양한 성질을 갖고 있다. 좁은 파장대에서 불안정한 상태의 전자로 강한 형광을 발생한다. 양자점의 입자가 작을수록 파장이 짧은 파란색을 내고, 입자가 클수록 긴 파장의 붉은색을 낸다.

양자점 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선 빛을 낼 수 있다. 또 여러 크기의 양자점이 함께 있을 때 하나의 파장으로 빛을 발하면 여러 색을 한 번에 낼 수 있다.

이 때문에 LED(발광다이오드)의 단점을 보완할 소재로 주목을 받고 있다. 양자점은 소재 자체로 원하는 천연색을 모두 구현해 색 재현율이 좋기 때문.   LED는 소자의 종류에 따라 백색· 적색· 녹색· 청색 등 단일 색을 구현할 수 있다. 하지만 백색 LED를 제외하면 아직 수율이 낮고 가격도 비싸다.

▲양자점은 입자 크기에 따라 다양한 색을 발현한다.

하지만 양자점이 상용화되기에는 다소 시간이 필요할 것으로 보인다. 아직 가격이 비싸기 때문이다.

양자점을 활용하면 신재생에너지로 주목받는 박막형 태양전지의 효율을 높일 수도 있다. 양자점 입자를 박막전지 유리기판에 입히면 광전효과가 생기지 않는 빛의 파장을 바꿀 수 있어 광 변환 효율을 높일 수 있다. 업계에서는 최소 2~3%의 효율을 올릴 수 있을 것으로 내다보고 있다.

◇ 삼성, 양자점 디스플레이 개발…"상용화는 아직"

▲삼성전자는 풀컬러 양자점 디스플레이를 개발했다.

그렇다면 국내 차세대 기술을 이끌어가는 삼성전자는 양자점을 어떻게 활용하고 있을까.   최병룡 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "삼성전자(005930)에서는 양자점을 조영제와 태양전지, 센서와 디스플레이 등에 적용하는 연구를 진행하고 있다"고 설명했다.

지난 2월에는 삼성전자 종합기술원에서 세계 최초로 풀컬러 양자점 디스플레이 개발에 성공하기도 했다.

양자점 디스플레이의 대면적화를 가능하게 하는 신개념 패터닝 방법을 개발해 4인치 QVGA급(해상도 320 X 240) 풀컬러 디스플레이를 구현한 것.

하지만 최 연구원은 양자점을 적용한 제품을 상용화하려면 적어도 5년 이상은 걸릴 것으로 내다봤다. 여전히 양자점의 공정 부분이 불안하기 때문이다.

최 연구원은 "4인치 양자점 디스플레이를 이른 시일 내에 상품화하기보다는 기초 연구를 튼튼히 한 다음에 상품화해야 할 것"이라며 "기반이 튼튼해야 하는 만큼 나노 기술 연구에 집중하고 있다"고 말했다.

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