[논문]나노입자 기반 발광 소재 연구동향

정혜원; 손재성

doi:10.4150/kpmi.2018.25.2.170

나노입자 기반 발광 소재 연구동향
Technology Trend of Luminescent Nanomaterials 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.25 no.2, 2018년, pp.170 - 177

정혜원 (울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부) , 손재성 (울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Colloidally synthesized luminescent nanocrystals (NCs) have attracted tremendous attention due to their unique nanoscale optical and electronic properties. The emission properties of these NCs can be precisely tuned by controlling their size, shape, and composition as well as by introducing appropriate dopant impurities. Nowadays, these NCs are actively utilized for various applications such as optoelectronic devices including light emitting diodes (LEDs), lasers, and solar cells, and bio-medical applications such as imaging agents and bio-sensors. In this review, we classify luminescent nanomaterials into quantum dots (QDs), upconversion nanoparticles (UCNPs), and perovskite NCs and present their intrinsic emission mechanism. Furthermore, the recently emerging issues of efficiency, toxicity, and durability in these materials are discussed for better understanding of industry demands. As well, the future outlook will be offered for researchers to guide the direction of future research.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

페로브스카이트 소재는 중금속 Pb를 포함하고 있는 특징을 기반으로 발광 소자 분야뿐만 아니라 광감지기(photodetector) 분야에도 활발히 이용되고 있다. 본 기고문에서는 각 대표적 나노 발광 소재군에 대해서 기술하고, 발광 메커니즘, 최근 연구 이슈들과 더불어 미래 연구 전망 등에서 기술하고자 한다.
본 기고에서는 현재 발광소재로 각광받고있는 대표적인 나노소재의 소개 및 최근 연구동향에 대해 알아보았다. 앞서 언급한 바와 같이 나노발광소재는 기존의 벌크에서는 구현하기 어려웠던 높은 색순도, 발광 효율 및 공정적 용이성으로 인해 차세대 발광 소재로 주목 받고 있다.

성능/효과

여기서 발광효율은 한 이온에서 일어나는 메커니즘이므로 도펀트의 농도와는 무관하다. (2) 에너지 전달 업컨버젼(ETU)은 하나의 이온이 아닌 인접한 두 이온사이에서 일어난다. 인접한 두 이온에서 각각 바닥상태에서 E1 준위로 펌프 광자의 흡수가 일어나며 이 때, 감광제(sensitizer) 역할을 하는 이온 1에서 활성제(activator)역할을 하는 이온 2로의 에너지가 이동한다.

후속연구

예를 들어, 대표적인 양자점인 CdSe의 중금속 카드뮴(Cd) 이슈, 페로브스카이트 소재의 납(Pb) 이슈 등은 나노발광 소재의 상용화에 거대한 걸림돌이 되고있다. 향후 산업적 적용을 위해서는 대체 소재의 개발이 시급히 요구되며, 동시에 생산 및 제조 공정 비용 등의 절감, 양산화 공정 개발과 같은 공학적 접근도 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양자점이란 무엇인가?	양자점은 소재의 엑시톤 보어 반경(exciton Bohr radius)보다 크기가 작은-양자구속 효과가 관찰되는-반도체 나노결정을 일컫는다. 반도체 물질은 전도띠(conduction band)와 원자가띠(valence band) 사이에 띠간격(band gap)이 없는 금속이나 또는 그 간격이 매우 큰 부도체와는 달리 적당한 띠간격을 가진다.
	발광 소재의 전하쌍의 수명이 길면 어떤 분야에 이용 가능한가?	한편, 업컨버젼 나노입자의 경우 란타넘족(lanthanide)을 도핑 에너지 준위로부터 발광 특성이 도출되기 때문에, 그로 인해 전하쌍의 수명(lifetime)이 상대적으로 길다. 이는 오랜 시간 동안 관찰을 요하는 바이오이미징(bio-imaging)이나 진단 분야에 이용될 수 있다. 페로브스카이트 소재는 중금속 Pb를 포함하고 있는 특징을 기반으로 발광 소자 분야뿐만 아니라 광감지기(photodetector) 분야에도 활발히 이용되고 있다.
	나노 발광 소재는 어떤 분야에 적용되고 있는가?	나노 발광 소재(luminescent nanomaterials)는 발광다이오드(light emitting diode), 레이저 등 디스플레이 응용뿐만 아니라 바이오 센서, 바이오이미징(bio-imaging) 등 광범위한 분야에 적용되어 기존의 벌크 소재에서 관찰되지 않았던 독특한 특성들을 기반으로 소재적 혁신을 이끌고있다[1, 2]. 기존의 벌크 물질은 고유의 띠간격(band gap)을 가지므로 정밀한 색 조절이 어려우며 그 응용범위가 한정적 이었던 반면, 이른바 양자점(quantum dot)으로 대표되는 나노발광소재는 양자구속효과(quantum confinement effect)로 인해 소재의 조성, 구조적 변화 없이 양자점의 크기에 따라 여러 색을 낼 수 있다.

참고문헌 (50)

C. Feldmann: Nanoscale, 3 (2011) 1947.

상세보기
N. Hildebrandt, C. M. Spillmann, W. R. Algar, T. Pons, M. H. Stewart, E. Oh, K. Susumu, S. A. Diaz, J. B. Dele- hanty and I. L. Medintz: Chem. Rev., 117 (2017) 536.

상세보기
C. de Mello Donega: Chem. Soc. Rev., 40 (2011) 1512.

상세보기
Y. Shirasaki, G. J. Supran, M. G. Bawendi and V. Bulovic: Nature Photon., 7 (2013) 13.

상세보기
H. Y. Kim, Y. J. Park, J. Kim, C. J. Ham, J. Lee, Y. Kim, T. Greco, C. Ippen, A. Wedel, B. Ju and M. S. Oh: Adv. Funct. Mater., 26 (2016) 3454.

상세보기
W. R. Algar, K. Susumu, J. B. Delehanty and I. L. Medintz: Anal. Chem., 83 (2011) 8826.

상세보기
H. Qin, R. Meng, N. Wang and X. Peng: Adv. Mater., 29 (2017) 1606923.

상세보기
M. Kuno, D. P. Fromm, A. Gallagher, D. J. Nesbitt, O. I. Micic and A. J. Nozik: Nano Lett., 1 (2001) 557.

상세보기
A. L. Efros and D. J. Nesbitt: Nat. Nanotech., 11 (2016) 661.

상세보기
W. K. Bae, Y. Park, J. Lim, D. Lee, L. A. Padilha, H. McDaniel, I. Robel, C. Lee, J. M. Pietryga and V. I. Klimov: Nat. Commun., 4 (2013) 2661.

상세보기
A. M. Dennis, B. D. Mangum, A. Piryatinski, Y. Park, D. C. Hannah, J. L. Casson, D. J. Williams, R. D. Schaller, H. Htoon and J. A. Hollingsworth: Nano Lett., 12 (2012) 5545.

상세보기
P. Reiss, M. Protiere and L. Li: Small, 5 (2009) 154.

상세보기
X. B. Chem, Y. B. Lou, A. C. Samia and C. Burda: Nano Lett., 3 (2003) 799.

상세보기
B. Mahler, P. Spinicelli, S. Buil, X. Quelin, J. Hermier and B. Dubertret: Nat. Mater., 7 (2008) 659.

상세보기
V. Brunetti, H. Chibli, R. Fiammengo, A. Galeone, M. A. Malvindi, G. Vecchio, R. Cingolani, J. L. Nadeau and P. P. Pompa: Nanoscale, 5 (2013) 307.

상세보기
J. Lim, W. K. Bae, D. Lee, M. K. Nam, J. Jung, C. Lee, K. Char and S. Lee: Chem. Mater., 23 (2011) 4459.

상세보기
J. P. Park, J. Lee and S. Kim: Sci. Rep., 6 (2016) 1.

상세보기
D. Mocatta, G. Cohen, J. Schattner, E. Rabani and U. Banin: Science, 332 (2011) 77.

상세보기
P. Wu and W. Yan: Chem. Soc. Rev., 42 (2013) 5489.

상세보기
S. Wilhelm: ACS Nano, 11 (2017) 10644.

상세보기
G. Chen, H. Qiu, P. N. Prasad and X. Chen: Chem. Rev., 114 (2014) 5161.

상세보기
H. Dong, L. Sun and C. Yan: Nanoscale, 5 (2013) 5703.

상세보기
M. Haase and H. Schafer: Angew. Chem. Int. Ed., 50 (2011) 5808.

상세보기
H. Dong, L. Sun and C. Yan: Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 1608.

상세보기
F. Wang and X. Liu: J. Am. Chem. Soc., 130 (2008) 5642.

상세보기
C. Duan, L. Liang, L. Li, R. Zhang and Z. P. Xu: J. Mater. Chem. B., 6 (2018) 192.

상세보기
F. Auzel: Chem. Rev., 104 (2004) 139.

상세보기
Q. Zou, P. Huang, W. Zheng, W. You, R. Li, D. Tu, J. Xu and X. Chen: Nanoscale, 9 (2017) 6521.

상세보기
M. Xue, X. Zhu, X. Qiu, Y. Gu, W. Feng and F. Li: ACS Appl. Mater. Interfaces, 8 (2016) 17894.

상세보기
F. Wang and X. Liu: J. Am. Chem. Soc., 130 (2008) 5642.

상세보기
Z. Li and Y. Zhang: Nanotech., 19 (2008) 1.
S. Ye, Y. Teng, A. Juan, J. Wei, L. Wang and J. Guo: Adv. Opt. Mater., 5 (2017) 1.
F. Vetrone, R. Naccache, V. Mahalingam, C. G. Morgan and J. A. Capobianco: Adv. Func. Mater., 19 (2009) 2924.

상세보기
Y. Zhong, Z. Ma, S. Zhu, J. Yue, M. Zhang, A. L. Antaris, J. Yuan, R. Cui, H. Wan, Y. Zhou, W. Wang, N. F. Huang, J. Luo, Z. Hu and H. Dai: Nat. Commun., 8 (2017) 1.

상세보기
W. Li, Z. Wang, F. Deschler, S. Gao, R. H. Friend and A. K. Cheethan: Nat. Rev. Mater., 2 (2017) 1.
M. V. Kovalenko, L. Protesescu and M. I. Bodnarchuk: Science, 358 (2017) 745.

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N. J. Jeon, J. H. Noh, Y. C. Kim, W. S. Yang, S. Ryu and S. I. Seok: Nat. Mater., 13 (2014) 897.

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W. S. Yang, B.-W. Park, E. H. Jung, N. J. Jeon, Y. C. Kim, D. U. Lee, S. S. Shin, J. Seo, E. K. Kim, J. H. Noh and S. I. Seok: Science, 356 (2017) 167.

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Q. A. Akkerman, G. Raino, M. V. Kovalenko and L. Manna: Nat. Mater., (2018) 1.
G. Nedelcu, L. Protesescu, S. Yakunin, M. I. Bodnarchuk, M. J. Grotevent and M. V. Kovalenko: Nano Lett., 15 (2015) 5635.

상세보기
L. Protesescu, S. Yakunin, M. I. Bodnarchuk, F. Krieg, R. Caputo, C. H. Hendon, R. X. Yang, A. Walsh and M. V. Kovalenko: Nano Lett., 15 (2015) 3692.

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H. Cho, S. Jeong, M. Park, Y. Kim, C. Wolf, C. Lee, J. H. Heo, A. Sadhanala, N. Myoung, S. Yoo, S. H. Im, R. H. Friend and T. Lee: Science, 350 (2015) 1222.

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D. Parabek, Y. Dong, T. Qiao, D. Rossi and D. H. Son: J. Am. Chem. Soc., 139 (2017) 4358.

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Q. A. Akkerman, V. D'Innocenzo, S. Accornero, A. Scarpellini, A. Petrozza, M. Prato and L. Manna: J. Am. Chem. Soc., 137 (2015) 10276.

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R. E. Brandt, J. R. Poindexter, P. Gorai, R. C. Kurchin, R. L. Z. Hoye, L. Nienhaus, M. W. B. Wilson, J. A. Poliz- zotti, R. Sereika, R. Zaltauskas, L. C. Lee, J. L. MacManus-Driscoll, M. Bawendi, V. Stevanovic and T. Buonassisi: Chem. Mater., 29 (2017) 4667.

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A. Luiudice, S. Saris, E. Oveisi, D. T. L. Alexander and R. Buonsanti: Angew. Chem. Int. Ed., 56 (2017) 10696.

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F. Krieg, S. T, Ochsenbein, S. Yakunin, S. Brinck, P. Aellen, A. Suess, B. Clerc, D. Guggisberg, O. Nazarenko, Y. Shynkarenko, S. Kumar, C. Shih, I. Infante and M. V. Kovalenko: ACS Energy Lett., 3 (2018) 641.

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G. Pan, X. Bai, D. Yang, X. Chen, P. Jing, S. Qu, L. Zhang, D. Zhou, J. Zhu, W. Xu, B. Dong and H. Song: Nano Lett., 17 (2017) 8005.

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W. Liu, Q. Lin, H. Li, K. Wu, I. Robel, J. M. Pietryga and V. I. Klimov: J. Am. Chem. Soc. 138 (2016) 14954.

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S. Dastidar, D. A. Egger, L. Z. Tan, S. B. Cromer, A. D. Dillon, S. Liu, L. Kronik, A. M. Rappes and A. T. Fafarman: Nano Lett., 16 (2016) 3563.

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