UNIST '상온서 열처리 없이 퀀텀닷 3D 프린팅' 기술 개발

정임두 교수팀, 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 게재

4중 위조 방지나 정보 암호화 시스템에도 활용 가능해

[울산=뉴시스] DIW 기반 PQD-Polymer 잉크 프린팅 개요도 및 잉크의 유변학적 특성을 나타낸 연구 그림(UNIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 상온에서도 3차원 형상의 퀀텀닷 구조물을 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

UNIST(울산과학기술원)는 기계공학과 및 인공지능대학원 정임두 교수팀은 원스톱 페로브스카이트 퀀텀닷 적층 제조 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 퀀텀닷으로 상온에서 추가적인 열처리 없이 에펠탑과 같은 복잡한 3차원 형상을 제조할 수 있는 기술이다.

퀀텀닷은 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터의 반도체 결정이다. 기존 퀀텀닷 물질로 3차원 형상을 만들기 위해서는 장시간 열을 가해야 한다. 열에 취약한 퀀텀닷 물질은 특성이 저하될 수 밖에 없었다.

특히 페로브스카이트 퀀텀닷은 우수한 발광 효율과 색상의 가변성을 가진다. 이를 활용해 다양한 구조물을 제작하기 위한 연구가 있었으나, 프린팅에서 사용되는 긴 시간 동안의 열처리 과정으로 특성이 저하되거나 형상이 변형되는 등 그 한계성을 보였다.

연구팀은 페로브스카이트 퀀텀닷(PQD)에 하이드록시프로필 셀룰로스(hydroxypropyl cellulose, HPC) 폴리머와 휘발성 용매를 사용한 3차원 인쇄로, 상온에서 퀀텀닷-폴리머를 겹겹이 쌓아 만들 수 있는 기술을 개발했다.

하이드록시프로필 셀룰로스로 추가적인 열처리 없이 상온에서 잉크가 안정적으로 압출되도록 만들었다. 휘발성 용매인 다이클로로메테인(Dichloromethane, DCM)으로 용매가 잘 증발하도록 만들어 잉크가 뭉치지 않고 증착되도록 했다.

연구팀은 하이드록시프로필 셀룰로스의 양이나 노즐의 속도, 잉크를 압축하기 위해 가해지는 압력 등 3D 프린팅에 영향을 주는 변수들을 최적화시켰다.

이를 바탕으로 피라미드나 에펠탑과 같은 복잡한 구조를 프린팅할 수 있었다. 빛의 삼원색을 이용해 구조물에서 각 잉크 색상에 맞는 빛이 발생하도록 만들었다.

[울산=뉴시스] 사진 윗줄 정임두 교수, 아랫줄 왼쪽부터 제 1저자 전홍령 연구원, 박서빈 연구원(UNIST 제공) *재판매 및 DB 금지

연구팀은 3D 프린팅이 주는 기하학적 형상을 이용해 4중 위조 방지 및 정보 암호화 시스템 또한 구현했다. 특정한 파장의 빛에서 발광하는 페로브스카이트의 특성을 이용한다.

정임두 교수는 “이번 연구를 통해 열처리 및 광경화처리 없이 페로브스카이트 양자점의 광루미네선스 특성을 유지하면서 잉크가 안정적으로 증착하도록 했다”며 “위조 방지나 정보 암호화 뿐만 아니라 퀀텀닷 기반 광전자 및 에너지 응용 분야 확장에 기여할 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구는 해당 분야 세계 상위 5% 이내의 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 3월 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기술기획평가원의 지원으로 이뤄졌다.


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