Synthesis of bio-compatible carbon dots using silicon carbide

Abstract

본 학위 논문은 실리콘 카바이드를 이용해 인체에 무해한 탄소-점을 제조하는 방식에 관한 것이다. 실리콘 카바이드는 탄소와 실리콘으로만 이루어진 물질로써 실리콘만 제거 한다면 탄소 나노 물질을 쉽게 제조할 수 있기 때문에 그래핀과 그래핀 나노 리본을 제조하는 데 흔히 사용되는 물질이다. 하지만 현재까지 실리콘 카바이드를 이용해 탄소-점을 제조한 연구는 없었기에 본 학위 논문을 통해 실리콘 카바이드를 이용해 탄소-점을 제조하는 방법을 소개한다. 탄소-점은 탄소로 이루어진 직경 10nm이하의 물질을 의미하고, 탄소-점은 외부에서 에너지를 주는 경우 발광하는 특징을 가지고 있다. 이 발광 특성 덕분에 탄소-점은 양자 디스플레이, 바이오 이미징, 퀀텀 잉크 등에 사용될 수 있으리라 예상한다. 일반적으로 탄소-점은 화학적 박리, 전기 화학 그리고 레이저를 이용하여 제조를 한다. 하지만 순도가 낮거나, 크기의 균일도가 떨어지거나 비용이 많이 필요하다는 단점이 있다. 실리콘 카바이드를 이용하여 탄소-점을 제조하는 경우 이러한 문제점을 해결 할 수 있다는 장점이 있다. 실리콘 카바이드를 이용한 탄소-점은 순도가 높고 크기가 균일하며 비용이 낮게 든다는 장점이 있다. 실리콘 카바이드를 고온, 고진공, 수소 분위기에서 가열하면 표면이 에칭되어 그래핀 나노 리본을 제조할 수 있다. 이 사실을 이용하여 본 논문에서는 고온, 저진공, 수소 분위기에서 가열하여 평소보다 에칭을 많이 시켜보았다. 이 결과 실리콘 카바이드 표면에 나노 입자들이 많이 생성됨을 확인 할 수 있었고, 이 나노 입자들을 모아 SEM, TEM, Raman spectroscopy등의 방법으로 분석해본 결과 나노 입자들이 탄소-점임을 확인할 수 있었다. 제조된 탄소-점의 발광 특성, 독성 테스트 등을 확인해본 결과 기존 탄소-점에 비해 발광 효율이 높다는 것을 확인할 수 있었고, 독성 수치 또한 낮다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 통해 추후 탄소-점을 이용한 생명, 의학 분야 관련 연구에 도움이 되기를 바란다.