탄소양자점은 10 nm 이하의 크기를 가지는 탄소나노소재로, 다른 형광물질(무기형광체, 양자점, 유기형광분자)에 비해 가격이 싸고, 광 안정성이 우수하며, 합성이 간단하고, 친수성을 가지며, 생체적합성이 우수한 장점을 가지고 있다. 이러한 탄소양자점의 응용성을 높이기 위해서는 탄소양자점의 물성을 개선하고 최적화하는 것이 필수적이다.

본 논문은 수크로스 분자를 물에 용해시켜 열과 압력을 가하는 수열합성반응을 이용하여 수크로스 분자를 조립하여 2차원의 그래핀 구조를 가지는 탄소양자점을 합성하였다. 수열합성반응을 통해 고온과 고압의 환경 하에서 수크로스 분자가 축합반응과 중합반응을 거쳐 그래핀 구조를 가지게끔 하였다. 이 과정에서 탄소양자점의 합성온도를 180℃에서 250℃로 변화함에 따른 탄소양자점의 물성변화를 분석하였다.

탄소양자점의 합성온도가 증가함에 따라 입자의 크기가 증가하고 탄소양자점 간에 응집현상이 일어나는 것을 확인하였다. 또한 탄소양자점의 합성온도가 250℃일 때, 수열합성과정에서 탄소양자점의 환원반응이 일어나서 탄소양자점의 표면에 존재하는 리간드 및 불순물 입자의 수가 감소함을 확인하였다. 220℃에서 합성된 탄소양자점의 형광세기가 최대가 되고 400 nm으로 여기할 때, 477 nm에서 주 발광파장을 가지는 것을 확인하였다. 탄소양자점의 합성온도가 250 ℃일 때, 탄소양자점의 2차원 결합구조에 대한 결정성이 증가하고, 결함(defect)과 표면개질특성이 사라지게 되어 형광세기가 감소되고 발광파장이 440 nm로 이동되었음을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 탄소양자점의 합성온도 변화를 통해 화학결합, 구조, 표면형상 및 형광특성을 조절할 수 있음을 확인하였다.

전기에너지는 송전, 변전, 배전의 과정을 거쳐 발전소에서부터 최종 소비자에게 전달된다. 이 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 송전의 경우, 고전압용 송전케이블에 사용되는 절연 물질의 안전성과 신뢰성을 확보하는 것이 중요하다. 가교 폴리에틸렌(cross-linked polyethylene, XLPE)은 가장 일반적으로 사용되는 송전케이블 절연 물질로 부분 방전, 습도, 온도, 물리적 압력 등의 환경적 요인에 의해 절연 특성의 변화가 발생할 수 있다. 전력시스템의 전체적인 신뢰성을 높이기 위해, 전력 설비에 사용되는 절연 물질의 결함을 측정하거나, 열화 특성을 분석할 필요가 있다.

절연 물질의 결함을 진단하기 위한 비파괴 검사 방법 중 하나로 테라헤르츠파 기반 비파괴 검사 방법이 도입되고 있다. 포토믹서 기반의 연속광 테라헤르츠파 이미징 기술은 결맞음 신호의 특성을 활용한 측정 효율 향상으로 인하여 XLPE의 내부 결함 측정을 용이하게 한다.

그림에서 보는 것처럼, XLPE 내부에 각각 385 μm, 385 μm의 직경을 가지는 2개의 결함을 결맞음 연속광 테라헤르츠파 이미징 시스템을 이용하여 측정하였다. 다중 가우시안 곡선 피팅을 활용하면, 2개의 결함을 분명하게 확인할 수 있다. 결함에 의한 테라헤르츠파 투과 신호의 위상 변화는 결맞음 연속광 측정 시스템에 의해 진폭의 변화로 변환되어 신호민감성을 높일 수 있게 되어 측정을 더 용이하게 할 수 있다. 

이와 같은 비파괴 검사 방법은 전력 부품 및 설비에 사용되는 절연 물질의 지속성 및 특성을 평가하여 신뢰성을 확보하면 전체적인 전력 시스템의 안정성을 높일 수 있게 된다. 또한 이와 같은 방법은, 테라헤르츠파에 대해 투과성이 좋은 물질들에 대한 효과적인 비파괴 검사에 활용될 수 있을 것이다.