The PL mechanism of CDs in concentrated- and solid-state system was studied. First, we investigated the self-quenching origin of CDs by comparing solid-state luminescent CDs and solid-state quenched CDs. From the structural analysis, we confirmed that the content of sp$^2$ domains in CDs is highly related to their self-quenching in solid-state. With the suggestion on their self-quenching mechanism, we provided the synthetic strategy of CDs to reduce or avoid their self-quenching problem. Second, to verify the emission property changes of CDs depending on the interparticle separation, we studied the change in the PL behaviors of CDs by changing their concentration in dispersion system. With dual-color-emissive CDs exhibiting both blue- and red emission under UV light, we observed the concentration-dependent relative intensity change of each emission band. By replacing solvent species and changing pH, we confirmed that the separation of the CD particles plays an important role in determining their dominant emissive state. Finally, the effect of π-conjugated domain on the PL property change during interparticle separation variation was studied using three types of CDs with different degree of carbonization. In dilute dispersion, all the CDs possessed two emissive centers arising from surface- and core-state, but showed surface-state dominant PL features. With the increase of CD concentration, the CDs with higher contents of π-conjugated domain are more likely to change the dominant PL center from surface- to core-state due to the great suppression of surface-derived emission. In the aggregated state, the emission from surface-state was vanished, and the π-conjugated domain contents influenced the emission phenomenon of core-state. Based on the PL decay results, the mechanism on PL property change of CDs for different interparticle separation was suggested. The results of this study would bring meaningful advances in understanding and engineering the PL properties of CDs for extended applications.
본 연구에서는 고농도 분산상과 고체상에서의 카본닷에 대한 발광 현상에 대해 다뤘다. 먼저, 고체상에서 자기 소광 정도가 다른 카본닷을 비교해 자기 소광 근원을 밝혔다. 구조분석 결과로부터, sp$^2$ 도메인의 양과 고상 카본닷의 자기소광 정도의 연관성을 확인하였다. 이를 통해 자기 소광 메커니즘 제안과 함께, 자기 소광을 피하기 위한 카본닷의 합성 전략을 제시하였다. 다음으로는, 농도 변화에 따른 분산상에서의 카본닷의 발광 특성 변화를 분석하였다. 한 여기 파장 하에서 청색과 적색의 이중 발광을 보이는 카본닷으로부터 농도 변화에 따른 각 발광 밴드의 상대적 세기의 변화를 확인하였다. 용매의 종류 및 pH 값 변화로부터, 입자간 분리 정도의 변화가 카본닷의 주 발광 준위의 변화를 유도한다는 사실을 알아냈다. 마지막으로, 입자간 분리 정도 변화에 대해 π-공액 도메인이 카본닷의 발광 특성 변화에 미치는 영향을 확인하였다. 묽은 분산상에서는 카본닷이 표면과 핵에서 기인한 두 가지의 발광 중심을 포함하는 한 편, 입자간 분리 정도 감소에 따라 π-공액 도메인 양이 많을수록 표면 준위의 발광이 급격히 감소하였다. 고상에서는 π-공액 도메인 양과 핵 준위 발광 효율의 연관성을 확인하였고, 이를 통해 입자간 분리 정도에 따른 카본닷의 발광 특성 변화에 대한 메커니즘을 제시하였다.
