설탕 음료로 만들어진 LED가 쓰레기를 줄이고 독성 원소로 제조된 다른 광원들을 대체할 수 있을 것이다. 음식, 음료 및 심지어는 연소 배기가스를 발광 양자점(QDs)으로 바꾸는 과정이 유타대(University of Utah) 연구진에 의해 개발되었다. 그렇게 만들어진 발광 양자점은 나중에 LED에 통합된다.

많은 종류의 양자점들은 희토류 물질을 기반으로 하고 있기 때문에 합성하기에 비용이 비싸며 처리하기에 해로울 수 있다. 한편, 폐기물에서 얻어진 양자점은 탄소를 기반으로 한다. 이것은 그러한 양자점들은 독성이 더 적고, 생물적합성이 더 우수하며 더 넓고 다양한 응용 가능성을 가진다는 것을 의미한다. “식품과 음료의 폐기물에서 추출된 양자점은 카드뮴이나 셀레늄과 같은 일반적인 독성 원소를 기반으로 하고 있지 않기 때문에, 가공과 처리가 대부분의 다른 양자점들에 대해서보다 더욱 환경친화적이다. 또한, 식품과 음료 폐기물을 양자점의 시작물질로 이용하는 것은 폐기물을 감소시키고 유용한 물질을 생산하는 비용을 줄일 수 있게 해준다”고 마이클 프리(Michael Free) 교수는 말했다.

이번 연구진은 30~90분 동안 고압과 고온에서 폐기물을 용매 속에 넣어두는 용매열합성(solvothermal synthesis)을 통해 탄소 양자점을 만들었다. 이번 연구에서의 원료 물질은 청량음료와 빵 조각 및 토르티야(tortilla)였다. 그 결과로 얻어진 탄소 양자점의 광학적 특성과 물질 특성을 측정하기 위해서, 연구진은 푸리에변환 적외선분광법, X선 광전자 분광법, 라만 영상법 및 원자힘 현미경법을 사용했다. 청량음료 속에 용해된 당인 자당과 D-과당이 가장 효과적인 원천이라는 것이 밝혀졌다.

“폐기물에서 추출된 양자점의 합성과 특성조사는 매우 도전적인 임무였다. 우리는 본질적으로 직경이 20nm 이하에 불과한 양자점의 크기를 측정해야 했고, 그래서 우리는 양자점이 얻어졌다는 것을 확실히 하고 그러한 양자점들이 가진 광학적 특성을 측정하기 위해서는 시험을 여러 번 해야 한다”고 프라샨트 사르스와트(Prashant Sarswat) 교수는 말했다. 합성과 시험을 한 후에는 실제 LED를 만들기 위해서 탄소 양자점들을 에폭시 수지 속에 띄워서 가열하고 경화시켰다.“궁극적 목표는 대규모로 이런 일을 하고 이러한 LED를 일상의 장치들에 이용하는 것이다. 이미 존재하는 폐기물을 성공적으로 이용하기 위해서는, 그것이 최종적인 목표”라고 사르스와트는 말했다. 이번 연구는 ‘hysical Chemistry Chemical Physics (doi: 10.1039/C5CP04782J)’에 발표되었다.  

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』