Graphene-Quantum dots (G-QDs) composites for optoelectronic films were fabricated via hybridization between 1-pyrenebutylic acid (PBA) treated chemical vapor deposition (CVD) grown G and amine-functionalized CdSe/ZnS QDs by using physical and chemical bonding force. 1-pyrenebutylic acid (PBA) functioned as a non-covalent linker and allowed efficient electron transfer from QDs to G. We report photo-response and -sensitivity of G-QDs hybrid films with different number of layers of CVD grown G sheets. Similar energy level between G and QDs possess the charge transfer easily. The G films were characterized optically and electrically by using optical absorption and raman spectroscopy. Scanning electron microscope (SEM), high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) were used to observe surface morphologies of G-QD films. Photo-response versus time that as a function of light measured by using digital multi-meter measurements.
본 연구는 흑연나노소재의 하나인 그래핀(Graphene)과 양자점(Quantum Dots)을 혼성하여 박막을 제작한 후 광전자 특성을 고착한 것이다.
첫번째 연구의 목표는 전기전도도가 좋은 두 가지 그래핀 박막으로부터 양자점을 효과적으로 혼성하고자 하였다. 천연흑연으로부터 산화환원공정을 거쳐 제작된 그래핀의 경우 표면처리하기 좋은 작용기로 둘러싸여있어서 양자점 혼성박막을 만드는데 용이하다. 그러나 그 전기전도도는 순수한 그래핀에 비해 현저히 떨어진다고 알려져 있다. 따라서 캐리어 모빌리티가(carrier mobility)가 좋은 그래핀을 이용하여 나타나는 현상에 대해서 관찰하고자 하였다. 이때 파이렌(pyrene)으로 표면처리된 그래핀과 양자점 혼성박막은 비교적 간단한 과정을 통해 제조되었다. 비교적 쉽게 흑연으로부터 유기용매에 의해 박리된 그래핀을 사용한 양자점 혼성박막 또한 관찰하였다. 이 같은 그래핀 필름의 경우 감압여과방식으로 제작된 다는 단점 때문에 박막 표면이 고르지 않았고 후 표면처리가 고르게 되지 않는 단점을 보였다. 그에 반해 화학적 증착법에 의해 제작된 그래핀의 경우에는 상대적으로 고른 표면을 지니고 높은 전기전도도를 지녔다. 결과적으로 더 나은 표면처리를 보이면서 그래핀 양자점 혼성박막 제작이 용이하였다.
두번째 연구에서는 그래핀-양자점 혼성 박막의 광전자 특성을 측정하여 전기전도도와 광반응성간에 대해 조사하고자 하였다. 그래핀의 전도성을 조절하기 위해서 화학적증착법에 의해 제작된 그래핀 자체의 다층구조(layer-by-layer)의 박막을 구현하였다. 예상한대로 그래핀의 전기전도도가 좋아질수록, 즉 다층구조일수록 그래핀 양자점 혼성박막의 빛에 대한 전도도(photocurrent) 변화는 컸다. (0.17mA) 그러나 화학적증착법에 의해 생성된 그래핀의 필수적인 전사과정의 영향으로 빛에 대한 전도도반응(photoresponse)은 상대적으로 늦어짐을 보였다. 이는 다층구조가 될수록 대기의 영향과 산에 의한 영향 및 통로가 길어짐의 영향으로 설명될 수 있다.
