Carbon nano structures have fascinated researchers. One of them, a carbon dot, also receives attention recently because of its unique luminescent properties. Because carbon is known as bio-compatible, a carbon dot is also considered as bio-compatible. However, with current synthesizing methods of carbon dots, it is difficult to get pure carbon dots which have low toxicity. In here, a novel method to fabricate carbon dots having high purity with the use of silicon carbide (SiC) known for its bio-compatibility is suggested.
SiC is composed of only carbon and silicon atoms, when silicon atoms are removed, it is possible to synthesize carbon nano structures easily. Thus, it is a well-known material to be used in the fabrication of graphene and graphene nanoribbons. However, both graphene and graphene nanoribbons are synthesized under high vacuum condition or argon atmosphere. When SiC is etched with hydrogen gas in low vacuum condition, it was found that nano parti-cles are formed on a surface of a SiC wafer.
From this fact, this research to figure out what nano particles are and to characterize properties of the particles has been carried out. To figure out the composition and surface characteristics of the particle, Raman spectroscopy, SEM and TEM were used. To characterize properties of the particle, photoluminescence (PL) measurement and lactate dehydrogenase (LDH) tests were performed. Through these procedures, the synthesized carbon dots show not only high efficiency in emission of light but also bio-compatible properties.
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.
