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…NICE, 제28권 제2호, 2010신기술 소개
탄소 나노튜브(nanotube)는 반도체, 평판 디스플레 이, 배터리, 초강력 섬유, 생체 센서 등 많은 장치에 이 용 가능하다. 이러한 탄소 나노튜브에서 전기적으로
빛 방출을 유도한다면 나노스케일(nanoscale)의 전계 발광(electroluminescence) 장치에 사용될 수 있으므 로 많은 관심의 대상이 되어왔다. 발광 다이오드 반감기는 매우 비슷하였으며 각각 126분, 113분으로
측정되었다[그림 2]. 주입 후 4시간이 지난 뒤에 장기 와 종양을 절제하여 남아있는 양자점의 활동도 (activities)를 측정하였다. 99mTcf-QD-GPI의 가장 강렬한 흡수는 간에서 9.6%, 신장에서 5%, 장에서 1.9%로 측정되었다. 비슷하게, 99mTcf-QD-cRGD의 활동도는 간에서 10.2%, 신장에서 6.5%, 장에서 4.4% 발견되었다. 중요한 것은 ligand에 결합된 양자 점의 65% 이상은 주입 후 4시간 이내에 신체로부터
완전히 제거되었다는 점이다. 주입 후 24시간 후에는 두 양자점 모두 9% 이하의 잔류량이 확인되었다. 이 러한 양자점들의 생체분포와 깨끗함은 NIR 형광 영 상촬영을 이용하여 증명되었다.
이 연구는 표적을 삼는 나노입자 다자인을 위한 기 초 연구로서 생의학 분야에서 나노기술이 보다 빠른 종양 검출과 시기적절한 치료를 가능하게 할 것으로 기대한다[Nature Nanotechnology, Vol. 5, p. 42 (2010)].
카본나노튜브 p-n 다이오드로부터 효과적인 빛 방출
그림 2. (A)
99mTcf-QD-GPI와 (B)
99mTcf-QD-cRGD의 혈액농도와 기관 분포도.
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 2, 2010…
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(LED, light emitting diode)와 레이저를 포함하는대부분의 전계발광 장치는 p-n 다이오드를 기본 구조 로 하는데, 최근 IBM Watson 연구센터의 Mueller 연구팀은 탄소 나노튜브 p-n 다이오드로부터 효율적 으로 빛을 방출하는데 성공했다.
연구에 사용된 나노튜브 다이오드[그림 1(A)]에 VGS1=-8V, VGS2=+8V로 반대 극의 게이트 바이어 스(gate bias)를 인가하고, 튜브에 IDS(drain-source 전류)=240nA로 일정한 전류가 흐르게 하였을 때 장 치로부터 적외선이 방출되었다[그림 2]. 일반적으로 탄소 나노튜브로부터 빛 방출을 유도할 때 양극 (ambipolar) 또는 단극(unipolar) 조작을 한다. 양극 조작의 경우 전자와 정공이 튜브로 동시에 주입되고 전자와 정공의 복사 재결합에 의해 빛이 생성된다[그 림 1(B)]. 이와 달리 단극 조작의 경우, 한 가지 형태 의 캐리어(즉, 전자 또는 정공 중 하나)가 높은 운동 에너지를 축적함으로써 장치 내부에 높은 에너지를
갖는 엑시톤(exciton)을 형성하게 된다. [그림 2]에서 보듯이 장치가 단극 조건하에서 작동될 때는 탄소 나 노튜브에서 빛이 방출되지 않았는데, 이는 장치가 일 반적인 발광 다이오드와 마찬가지로 양극 빛 방사체 임을 보여준다. 이 연구팀이 사용한 나노튜브 다이오 드에서는 ~10nA 만큼 낮은 전류가 흐를 때도 빛이 방출되었는데, 이는 검출 가능한 크기의 빛을 얻기 위 해 100배 정도 더 높은 전류가 요구되었던 이전의 연 구와 대조되는 결과이다. 또한 전압강하(voltage drop)를 ~1V 정도로, 다른 장비들에 비해 5분의 1에 서 10분의 1배 정도 감소시킴으로써 전력 소실을 1000분의 일배까지 감소시켰다. 그 결과 문턱전압 (threshold voltage)을 거의 0 정도로 감소시켰으며, 캐리어에서 광자로의 전환 효율을 높였다. 또한, 전계 발광 스펙트럼은 ~35meV로 이전의 연구에 비해 훨 씬 더 좁은 스펙트럼을 얻는데 성공하였다. 이로써 탄 소 나노튜브 p-n 다이오드로부터 빛을 방출하는 데에 있어 새로운 레벨을 달성하였으며, 나노스케일의 광 원으로서 탄소 나노튜브의 기술적 사용에 대한 새로 운 가능성을 열었다[Nature nanotechnology, Vol. 5, p. 27(2010)].
