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지린 대학(Jilin University)의 연구진은 알루미노포스페이트(aluminophosphate) 제올라이트 속에 형광 탄소 점을 삽입해서 새로운 소재를 개발했다. 이 소재는 대기온도 및 대기압에서 0.35초 동안 청색광을 방출한다. 이것은 탄소 점 기반의 형광 물질에서 가장 긴 수명이고, 이런 소재들을 상용화하는데 중요한 단계이다. 열활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence, TADF)은 이미징과 보안 분야에서부터 태양전지, 발광 다이오드, 평면 패널 디스플레이까지 다양한 분야에 매우 유용한 소재이다. 그러나 대부분의 TADF 재료들은 금속-유기 복합체와 유기 분자들을 기반으로 만들어졌다. 이런 물질들의 문제점은 수명이 몇 마이크로세컨드(microsecond)에서 밀리세컨드(millisecond)에 불과하다는 것이다. 이 물질들은 산소에 매우 반응하기 때문에 산소가 없는 환경에서 작동해야 한다. 또한 이런 재료 속의 삼중항 상태 엑시톤(triplet exciton)은 쉽게 비활성화되는 문제점이 존재한다. 이번 연구진은 이런 문제를 해결하기 위해서 제올라이트를 적용했다. 제올라이트는 알루미노포스페이트를 적용했고, 미세 다공성 결정구조를 가지고 있기 때문에 흡착제 및 촉매로 일반적으로 사용되고 있다. 제올라이트 속에 탄소 점을 삽입함으로써 350 밀리세컨드의 매우 긴 수명을 가졌고, 상온과 대기압에서 최대 52.14%의 높은 양자 수율을 가졌다. 제올라이트 속에 삽입된 탄소 점은 서로 다른 파장의 빛으로 여기시킬 때 청색 및 녹색에서부터 적색까지 방출한다. 예를 들어, 370 nm로 여기시킬 때 강한 청색광을 방출한다. 이 디자인 방법은 태양전지와 LED와 같은 첨단 광전자 장치 개발에 도움을 줄 수 있다. 또한 이 TADF 물질은 수명이 길기 때문에 고감도 바이오이미징을 위한 조영제로서 사용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Science Advances에 ldquo;Carbon dots in zeolites: A new class of thermally activated delayed fluorescence materials with ultralong lifetimes rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/sciadv.1603171). |
