Fluorescent carbon nanomaterials or carbon dots (CDs) have emerged as a promising phosphor because of their low toxicity, abundant precursors, simple preparing routes, chemical resistance, and low photo-bleaching. With these merits, CDs have been actively studied in various field such as LED, display, fluorescence inks, bio-imaging, and energy conversion. However, the application of CDs has been limited partially due to the luminescence-quenching of CDs in solid-state. In this work, we studied the origin of luminescence quenching of CDs in aggregated state and how CDs should be engineered to realize solid-state luminescent CDs. From the structural and spectral analysis, we discovered that the amount of $sp^2$ domains influences their absorption characteristics and occurrence of fluorescence-resonance electron-transfer (FRET) between CD particles. By changing the mass ratios of precursors and the carbonization time, we regulated the degree of crystallinity and successfully realized solid-state luminescence of CDs.
형광 카본 나노 물질 또는 탄소점은 낮은 독성, 풍부한 전구체, 간단한 합성방법, 내화학성, 낮은 광퇴색 특성으로 인해 최근 촉망받는 형광체로서 떠오르고 있다. 이러한 장점들을 가지는 탄소점은 발광다이오드, 디스플레이, 형광 잉크, 바이오 이미징, 에너지 전환 분야에서 활발하게 연구되고 있다. 그러나 탄소점의 응용이 제한되고 있는 원인 중 하나가 고체 상태 탄소점의 빛 소광이다. 본 연구에서는 탄소점의 빛 소광 원인과 고체 상태에서 발광을 보이기 위해 탄소점이 어떻게 설계 되어야 하는지에 관한 연구를 진행하였다. 구조 분석과 분광분석 결과로부터 탄소점의 결정화도가 탄소점의 흡광 특성과 입자간 형광공명에너지전이 발생에 영향을 준다는 것을 밝혀냈다. 이를 바탕으로 전구체의 질량비와 탄화 시간을 변화시킴으로써 $sp^2$ 도메인의 양을 조절하여 고체 상태에서 빛내는 탄소점을 제조하였다.
