[신기술소개] Aalto 대학-Rice 대학-Peking 대학 국제공동연구팀: 466개 색상의 단일벽 탄소나노튜브 시트의 컬러 아틀라스의 전자 제품, 태양 전지판 응용

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Aalto 대학-Rice 대학-Peking 대학 국제공동연구팀: 466개 색상의 단일벽 탄소나노튜브 시트의 컬러 아틀라스의 전자 제품, 태양 전지판 응용

핀란드(Aalto 대학), 미국(Rice 대학) 및 중국(Peking 대학)의 국제 공동연구팀은 466개의 독특한 색상 을 나타내는 단일벽 탄소나노튜브(Single wall carbon nanotube) 아틀라스와 만든 박막의 특정 색상을 예 측하는 새로운 방법을 개발해, Advanced Materials 에 발표하였다(Advanced Materials, 2006395, 2020, DOI: 10.1002/adma.202006395).

Aalto 대의 Esko I. Kauppinen 교수는 “검은 색의 탄소나노튜브는 투명하게 보이거나 무지개의 모든 색 을 취할 수 있다 ”고 하며, “광학적 특성으로 탄소나노튜브 시트에 빛이 완전히 흡수되면 시트가 검은 색으 로 나타나며, 빛의 절반 미만이 나노 튜브에 흡수되면 시트가 투명해 보이고, 나노 튜브의 원자 구조가 특 정색만 유발 시, 흡수 파장, 흡수되지 않은 파장은 가시적 색상으로 반사된다. ”고 했다. Kauppinen 연구 그 룹은 수년 동안 탄소나노튜브와 나노튜브박막을 연구해 왔고, 녹색, 갈색 및 은회색으로 보이는 컬러나노 튜브 박막을 제조했다.

또한, Kauppinen 연구팀은 흡수된 빛의 스펙트럼과 나노튜브 필름의 다양한 두께의 시각적 색상 사이의 관계에 기반 나노튜브필름의 착색 메커니즘을 모호하지 않게 식별하고 필름의 특정 색상을 예측할 수 있는 정량적 모델을 개발했다. Aalto 대와 Peking 대의 연구원들은 이 모델을 사용해서 Rice대에서 제작한 필름 의 흡수율과 시각적 색상을 계산했고, 필름의 측정 색상이 예측 색상과 매우 근접한 것을 밝혀냈다. 또한, 나노튜브필름의 두께와 나노튜브 색상의 필름 빛 흡수와의 관계에서 가장 얇고 가장 다채로운 튜브가 직경 이 더 크고 색이 바랜 튜브보다 가시광선에 더 많은 영향을 미친다는 것을 보여주었다.

Figure. 단일 키랄성이 강화된 SWCNT 현탁액의 실험 이미지 의해 계산된 색상 검증. (a–d) 비교: a) DNA에 의한 수성

2상 분리. b) 단순 겔크로마토그래피. c) 온도 조절 겔크로마토그래피. d) 수성 2상 추출 분리된 반도체 CNT 현탁액. e) 466개의 계산된 색상 중 23개 비교. f) 직경과 키랄 각도에 따라 배열된 직경이 1 nm 미만인 반도체 CNT의 실험적으로

상관된 색상 분포.

KIC News, Volume 24, No. 1, 2021

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고도로 정렬된 2D 나노튜브필름 제조법을 개발한 Kono 교수는 “본 연구는 색상의 정량적인 해석과 나 노튜브의 형광 및 착색의 관점에서 이전 연구와 실제로 차별화된다. ”며 “단일 키랄성 나노 튜브의 고도로 정렬된 2D 결정 필름을 공급한다 ”고 했다. “공동 작업은 고도로 정렬된 2D 결정질 필름에서 편광 의존 색 상을 연구하기 위해 이 작업을 확장할 계획입니다. ”

Aalto 대 연구원들이 필름용 나노 튜브 성장에 사용한 실험법은 나노튜브는 섭씨 850도 이상으로 가열 된 반응기에서 일산화탄소 가스와 철 촉매로부터 성장시키는 것이다. Peking 대의 Nan Wei 교수는 “탄소, 흑연 및 목탄의 동소체 중 검은색이고 순수한 다이아몬드는 사람의 눈에는 무색이다. 그러나 단일벽 탄소 나노튜브가 빨간색, 파란색, 녹색 또는 갈색과 같은 모든 색상을 취할 수 있다. ”고 했다. Kauppinen 교수는

“제작된 나노튜브의 유색 박막은 연성이며 유색 전자 구조와 태양 전지에 유용”할 뿐만 아니라 “새로운 종 류의 환경 친화적 염료에 적용가능하다 ”고 평했다.

연구성과는 Wiley-VCH의 Advanced Materials 온라인판에 게재되었다(Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202006395).

출처: ScienceDaily (December 14, 2020) (https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201214090127.htm)

작성: 손 희 상 (광운대학교)