고감도 비접촉 모드 온도 감지는 기초 화학 반응, 생물학적 과정 연구 및 의료 진단 응용에 필수적입니다. 나노스케일 기반 온도계는 아세포 수준의 해상도로 민감하고 정밀한 온도 감지를 위한 비침습적 프로브를 제공합니다. 형광 기반 온도 센서는 '비접촉' 모드로 작동하며 세포 이미징과 분자 수준의 온도 감지라는 이중 기능을 제공하므로 큰 잠재력을 보여주었습니다. 나노소재와 나노기술의 발전으로 나노온도계(나노스케일에서 높은 공간 해상도를 가진 새로운 온도 감지 소재)와 같은 새로운 센서가 개발되었습니다. 이러한 나노온도계는 형광 단백질, 유기 화합물, 금속 나노입자, 희토류 도핑 나노입자, 반도체 양자점 등 다양한 플랫폼을 이용해 개발되었습니다. 탄소 점(CDs)은 강한 형광, 광표백 저항성, 화학적 안정성, 저렴한 전구체, 낮은 독성, 생체적합성 등 뛰어난 특성으로 많은 연구 분야의 관심을 끌고 있습니다. 최근 보고에 따르면 일부 CDs의 열 감지 거동이 다른 나노소재 기반 온도계의 대안이 될 수 있습니다. 이러한 발광 기반 온도계는 나노공간 온도 감지 및 열 매핑에 유망하며 생물학적 과정을 더 잘 이해하는 데 기여합니다. CDs가 열 감지용 나노스케일 소재로서 아직 초기 단계에 있으므로, 이 리뷰에서는 이 새로운 나노온도계에 대한 포괄적 이해, 열 감도와 해상도를 높이기 위한 기능화 방법, 열 감지 거동의 메커니즘을 제공합니다.
온도는 생물학적 및 화학적 시스템에 현저한 영향을 미치는 기본 열역학적 변수입니다. 자연과학, 공학, 농업, 의학 등 거의 모든 분야에 광범위하게 적용되므로 정밀한 온도 측정은 매우 중요합니다[1, 2]. 의료 응용에서 온도 측정은 뇌졸중, 암, 염증 등 다양한 질병의 조기 발견에 사용되며, 그 초기 증상 중 하나는 국소적 온도 이상의 출현입니다.
역사적으로 온도 추정은 감각이나 관찰에 기반했을 가능성이 높습니다. 고대 시대(기원전 200~10년)에는 공압 실험(열에 의한 공기 팽창)이 열의 정량적 측정에 사용된 장치의 가장 오래된 기록으로 여겨집니다. 열팽창 공기와 관련된 가장 원시적인 기록은 비잔티움의 필론과 알렉산드리아의 헤론(또는 헤론)이 저술한 공압 실험 관련 저작에 기인합니다[3]. 이후 1592~1603년 갈릴레오 갈릴레이는 열에 의한 공기 팽창 실험을 통해 튜브에 갇힌 공기와 물 기둥을 이용한 간단한 장치로 온도계를 발명했습니다. 갈릴레오에 이어 이탈리아의 산토리오는 이 간단한 장치를 발열 의료 검사에 처음 적용했습니다. 최초의 완전 밀봉 액체 유리 온도계(알코올 충전 유리관)는 1641년 페르디난트 2세에 의해 조립되었습니다. 그는 갈릴레오와 산토리오의 개방형 온도계와 달리 기압의 도움 없이 온도를 측정할 수 있었습니다. 파렌하이트의 실용적인 온도계 작업은 1706년에 등장했습니다. 그는 알코올로 시작했지만 이후 수은 온도계로 유명해졌습니다. 섭씨 온도 척도에 대한 공로는 안데르스 섭씨에게 돌아가는데, 그는 1742년 물의 끓는점을 0도, 어는점을 100도로 하는 척도를 제안했습니다. 19세기 전자 실험은 토마스 요한 제베크가 열전기 개념을 고려하면서 수행되었습니다. 1820~1823년 일련의 실험에서 그는 열 차이가 있는 두 서로 다른 금속의 접합점에서 전기적 전위를 검증했습니다. 이는 나중에 제베크 효과로 알려졌으며, 가장 정확한 온도 측정으로 간주되는 열전대의 기원이 되었습니다[3,4,5,6,7]. 온도계의 진화 개략적 타임라인은 그림 1에 나와 있습니다.
기존 온도계는 다음과 같이 분류할 수 있습니다:
또한 접촉식과 비접촉식 온도계로 분류할 수 있습니다. 고전적 액체 충전 유리, 열전대, 서미스터, 저항 온도 검출기(RTD) 등을 포함한 접촉 모드는 전기 배선이 필요하며 온도계와 기판 간의 직접적 접촉을 필요로 합니다. 이 모드는 전자기 노이즈가 강하거나, 스파크가 위험하거나, 환경이 파괴적이거나, 부품이 빠르게 움직이는 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 또한 기존 온도계는 공간 해상도가 서브미크론 규모로 낮아질 때 측정이 불가능합니다. 예를 들어 세포 내 온도 변화, 마이크로회로 및 마이크로유체 장치의 온도 매핑 등이 그렇습니다[9]. 마찬가지로 공학 응용 분야에서는 소형화된 영역과 열악한 환경을 위한 고급 온도 감지 전략이 필요합니다[10]. 따라서 나노스케일 영역에서는 다른 접근 방식과 소재를 고려해야 합니다.
새로운 비접촉 온도계는 앞서 언급한 문제들을 극복할 수 있습니다. 예를 들어 광학 열센서(분자 온도계)는 방출된 빛의 측정을 이용해 온도를 추출하는 분자 클래스로 구성된 비교적 최근 세대의 분석 도구입니다[11, 12]. 형광 온도 감지 프로브는 나노시스템 응용 분야에서 온도 측정의 유망한 영역을 제공합니다. 온도 정보는 형광 강도, 밴드 모양, 스토크스 시프트, 또는 붕괴 수명을 기반으로 추출할 수 있으며, 적절히 보정되면 온도와 연관시킬 수 있습니다[13, 14].
분자 온도계는 정상 세포와 다른 생리적 온도를 가진 병든 세포나 암세포 진단에 큰 잠재력을 가집니다. 의료 응용에서 가능성은 온도 유도 유전자 발현 제어[15]와 세포 대사[16]부터 세포 선택적 침투 및 질병 치료[17], 집적 열원으로부터의 열 방산 개선[18]까지 다양합니다. 최근 반도체[19], 고분자[10], 금속 나노입자[20]와 같은 나노소재가 열 센서(나노온도계)로 사용되어 서브미크론 열 해상도를 보여주었습니다.
광범위한 온도 범위에서 아도(亞度) 단위의 온도를 분해하고 생체 시스템 내에 통합될 수 있는 온도계는 생물학적, 물리적, 화학적 연구의 수많은 영역에서 영향력 있는 새로운 도구를 제공할 수 있습니다. 따라서 이 리뷰에서는 탄소 나노소재(탄소질 소재) 기반의 '새로운 세대' 또는 '새로운 클래스' 나노온도계에 초점을 맞춥니다. 우리의 지식으로는 탄소 점을 나노온도계로 다룬 리뷰 논문은 보고된 바 없습니다. 최근 탄소 점(탄소 양자점, 그래핀 양자점)은 고유한 특성과 함께 민감한 열적 특성을 보여 나노스케일 영역에서 온도계 거동의 우수한 후보가 되었습니다. 여기서는 탄소 점의 정의, 장점, 열 감지 거동의 메커니즘을 리뷰합니다. 마지막으로 이 새로운 열 소재 클래스의 미래 전망을 제시합니다.
'나노온도계측'이란 나노 또는 마이크로스케일 영역의 지역 환경에 대한 온도 정보를 제공하기 위해 나노스케일 열감응 소재를 사용하는 것을 의미합니다[21, 22]. 나노입자 기반 열 프로브는 광범위한 감지 응용 분야에서 큰 능력을 가지며, 수많은 진보된 소위 '나노온도계'가 최근 보고되었습니다. 또한 폴리머[23, 24], 나노결정[25], 희토류 도핑 나노입자[26, 27], 금속 나노입자[28] 등 다양한 종류의 기존 나노소재가 열감응 발광 특성을 가진 것으로 보고되었습니다.
따라서 나노열센서는 나노스케일에서 고감도 해상도로 작동하는 비침습적, 비접촉 모드, 정밀한 온도계입니다[9]. 나노소재를 이용한 열 감지는 이들의 광학적 특성을 조작함으로써 달성할 수 있습니다. 형광 나노온도계측은 열 측정이 유래하는 정확한 매개변수에 의존하여 몇 가지 클래스로 분류할 수 있습니다. 여기에는 신호 강도, 밴드 모양, 형광 수명, 밴드 시프트, 여기 파장의 편광, 스펙트럼 시프트가 포함됩니다. 첫 번째 경우, 형광은 온도에 따라 변하며 신호의 절대적 증가(또는 감소)로 감지될 수 있습니다[9, 29,30,31].
온도 의존적 방출을 가진 발광 나노소재를 사용하는 비접촉 발광 나노온도계측은 주로 생물학적 응용에 적합합니다[32, 33]. 이러한 발광 나노소재에는 형광 고분자[24], 금속 나노입자[34], 희토류 도핑 나노입자[35], 나노다이아몬드[36]가 포함되며, 이들은 생리학적 범위에서 열감응 특성을 가집니다. 이러한 선구적인 연구들은 개별 세포의 평균 온도를 제공할 수 있었습니다. 유기 염료(예: 로다민 6G)와 고분자(예: 폴리(N-이소프로필 아크릴아마이드)) 기반의 온도 의존적 발광 프로브는 일반적으로 낮은 광안정성과 산소에 대한 현저한 교차 감도를 보여 생세포 작업에 바람직하지 않습니다[8]. 또한 형광체의 수명에는 강한 pH 의존성이 있어 조사 중인 환경의 pH를 정밀하게 제어하지 않고는 사용하기 어렵습니다[37].
순수 및 도핑 반도체 나노결정 기반의 또 다른 나노온도계 클래스가 보고되었으며, 가장 눈에 띄는 후보로는 CdSe, ZnS, InP, PbSe 등이 있습니다[19, 38,39,40]. 반도체 양자점(SQDs)은 높은 양자 수율, 광표백 전 긴 수명, 적절한 표면 수정 후 적절한 생체적합성을 고려할 때 나노스케일 온도계의 후보입니다. 또한 단백질과 DNA에 쉽게 접합되어 감지 및 이미징에 사용될 수 있습니다[41]. 이 유형의 발광 온도계가 직면한 예외적 과제는 T = 20~40°C에서 세포 미세환경을 탐침할 때 밝기, 광안정성, 감도, 정밀도의 조화된 인식입니다. SQDs는 합성, 물리화학적 특성, 발광, 잠재적 응용 측면에서 광범위하게 리뷰되었습니다. 독자는 이러한 수많은 훌륭한 리뷰를 참조하시기 바랍니다[42,43,44,45,46]. 유기 염료와 비교하여 SQDs는 검출을 위한 우수한 밝기, 다중화를 위한 더 넓은 여기 프로파일, 장기 연구를 위한 더 나은 광안정성을 보입니다. 게다가 SQDs는 세포 내에 만연할 것으로 예상되는 pH 및 기타 환경 변화에 대한 온도 센서로서 저항성을 가집니다[47].
일반적으로 SQDs에서 다양한 과정의 조합으로 인해 온도 상승은 형광 강도 감소(소광)를 초래하며, 이는 스펙트럼 시프트를 동반합니다. 이 시프트는 생물물리학적 범위에서 선형으로 간주될 수 있습니다. 두 효과(발광 소광 및 스펙트럼 시프트)의 크기는 QDs를 구성하는 소재와 크기에 강하게 의존합니다[48].
각 발광 나노소재 그룹은 장점과 함께 사용상의 한계가 있습니다. 위에서 설명한 바와 같이 SQDs는 형광 고분자와 유기 염료보다 선호됩니다. SQDs는 광안정성, 양자 효율, 조절 가능한 형광 측면에서 우수하지만, 고유한 깜빡임 현상 때문에 단일 분자를 장기간 모니터링하는 데 사용할 수 없습니다[49]. 게다가 QDs의 주요 함정은 카드뮴과 같은 중금속 함량으로 인한 독성입니다. 이는 생물학적 및 환경적 응용을 제한합니다. 또한 자연에서 전구체 원소의 가용성이 상대적으로 낮아 SQDs는 비싼 것으로 간주됩니다[50].
이전 섹션에서 설명한 비탄소 기반 나노온도계에서 발생한 문제를 극복하기 위해 탄소 기반 나노소재가 제조되었으며, 낮은 독성, 쉬운 제조, 저렴한 전구체, 광안정성, 생체적합성이라는 독특한 특성을 보였습니다. 이러한 탄소 기반 나노소재는 민감한 열 감지 특성을 보였습니다. 또한 생물학적 응용을 위한 이러한 유독성 소재의 환경적 위험으로 인해 금속이 없는 나노입자의 개선이 중요하고 시급합니다[51, 52]. 탄소 기반 나노소재 패밀리 중에서 형광 나노다이아몬드가 처음으로 나노온도계로 보고되었습니다[53]. 형광 나노다이아몬드는 화학적으로 견고하고 불활성인 표면으로 인한 고유한 생체적합성을 가집니다[54]. 다른 나노다이아몬드는 최근 아도(亞도) 정확도로 세포 내 열 감지에 사용되었습니다[55, 56]. 이러한 나노다이아몬드의 열 감도는 소위 질소-공색 중심에 기반하며, 이는 격자 탄소 원자를 대체하는 질소 원자와 인접한 빈 격자 위치로 구성된 점 결함입니다[48, 57]. 형광 나노다이아몬드의 질소-공색 중심은 광물리학 및 생물학적 응용에서의 사용 측면에서 광범위하게 연구되고 잘 특성화되었습니다[58]. 질소-공색 기반 온도계의 작동 원리는 이 색 중심을 고공간 해상도로 광학적으로 검출할 수 있는 정확한 측정에 의존합니다[30, 59]. 그러나 낮은 형광 효율과 제어 불량은 형광 나노다이아몬드의 응용을 크게 저해합니다[36].
탄소 기반 나노소재 패밀리의 비교적 새로운 클래스는 높은 발광 탄소 점(CDs)으로, 뛰어난 밝은 광발광, 광화학적 안정성, 수용성, 우수한 생체적합성, 무독성을 가집니다[60,61,62]. CDs는 직경 10nm 미만의 영차원 구형 나노입자입니다[63, 64]. 다양한 접근법이 다양한 유형의 CDs 제조에 적용되었습니다. 예를 들어 레이저 에블레이션[65], 솔보열[66], 수열 합성[67], 마이크로파 보조[68], 아크 방전[69], 산성 산화[70], 기타 화학적 및 물리적 접근법[71, 72] 등이 있습니다. 또한 CDs는 생물학적 이미징[73], 화학 및 바이오센싱[74,75,76,77], 표적 약물 전달[78], 제약 분석[79], 촉매[80, 81] 등 다양한 응용 분야에서 유망한 전망을 보입니다. 탄소 점은 합성, 물리화학적 특성, 잠재적 응용 측면에서 광범위하게 리뷰되었습니다. 독자는 탄소 점에 대한 수많은 훌륭한 리뷰를 참조하시기 바랍니다[72, 82,83,84,85,86,87,88].
최근 형광 CDs가 온도 센서로서 연구자들의 많은 관심을 끌고 있습니다. 원칙적으로 효과적인 온도 측정을 위해서는 탄소 나노점이 관련 온도 범위에서 광발광의 눈에 띄는 변화를 보여야 합니다[89]. 광안정성, pH 안정성, 보관 수명은 실용적 응용을 위해 고려해야 할 다른 요구 사항입니다.
CDs는 기존 반도체 양자점(SQDs)의 유망한 대안입니다. QDs와 비교하여 CDs는 저비용, 저독성, 독특한 강건한 광학/화학적 특성 등 많은 뛰어난 장점을 보입니다[90]. 또한 CDs는 매우 적은 광표백을 보입니다. 다른 형광 원료와 비교하여 CDs는 자연에 풍부한 저렴한 탄소 공급원에서 생산됩니다[91]. 게다가 CDs의 표면 상태를 수정하고 기능화하는 여러 간단한 방법이 있어, 실험적 요구에 따라 CDs의 용해도, 안정성, 물리화학적 특성, 양자 수율을 조절할 수 있습니다[49, 92, 93].
문헌에는 온도 의존적 형광을 가진 탄소 점에 대한 보고된 논문이 소수 있으며 표 1에 나와 있습니다.
Yu 등[51]은 2012년 탄소 나노점에서 온도 의존적 형광을 최초로 조사하고 반도체 및 금속 기반 나노입자와 비교했습니다. 그들은 시간 상관 단일 광자 계수 기술(TCSPC)을 통해 온도 의존적 광발광 수명을 측정했습니다. 광발광 이완 역학은 고온에서 더 빨라집니다(그림 2a), 이는 비복사 감쇠 과정에 기인할 수 있습니다. 극저온에서 상온까지의 온도 함수로서 CD 필름의 형광 스펙트럼 측정이 수행되었습니다(그림 2b). 온도 증가에 따라 형광 강도는 반복적으로 감소합니다.
PL 스펙트럼은 비대칭 피크를 보이므로, 각 온도에서의 PL 스펙트럼은 그림 2c와 같이 두 가우시안 함수로 잘 피팅될 수 있습니다. 고에너지 밴드, 밴드 I; 저에너지 밴드, 밴드 II(그림 2d).
또한 형광의 에너지 갭(대역폭)을 온도 함수로 조사했습니다(그림 2d). 총 대역폭은 온도 독립적(전자-전자 산란)과 온도 의존적(전자-포논 및 표면/결함 산란)으로 발음됩니다. 밴드 I과 밴드 II의 대역폭은 온도 독립적이며, 이는 CDs에서 전자-전자 산란이 지배적임을 나타냅니다.
따라서 CDs의 약한 온도 효과는 주요 상호작용 메커니즘이 전자-포논 결합이 아닌 전자-전자 상호작용을 포함한다는 사실과 일치합니다. 또한 매우 낮은 온도(77K)에서도 일반적으로 관찰되는 넓은 PL 밴드(>100nm)는 강한 전자-전자 상호작용을 나타냅니다(그림 2c). 이 결과는 금속 나노클러스터와 유사하며 반도체 QDs와 다릅니다. 따라서 Yu와 동료들은 CDs의 π-전자가 금속 나노클러스터의 자유 전자와 유사하게 작용할 수 있다고 추측했습니다.
Kalytchuk 등[89]은 구연산과 L-시스테인의 일단계 수열 처리로 고발광 수용성 N, S-CDs를 합성했습니다. 그들은 CD의 온도 의존적 PL 특성을 특성화하기 위해 넓은 온도 범위에서 정상 상태 흡수 스펙트럼을 수집했습니다. 10~70°C(5°C 단계씩 증가) 사이의 온도에서 물에 분산된 N, S-CDs의 흡수 스펙트럼은 그림 3a에 나와 있습니다. 반도체 나노결정과 달리 흡수 밴드의 위치와 강도는 온도에 따라 변하지 않았습니다. 유사한 결과가 글루타치온 존재 하에서 글루코스의 수열 처리로 합성된 CDs에 대해 이전에 보고되었습니다[1].
그들의 연구에서 2~80°C(2°C 단계) 온도 범위에서 획득한 N, S-CDs의 PL 스펙트럼 컬러 플롯을 보여주었습니다(그림 3b). 온도 증가로 PL 방출 강도가 약 2배 감소했지만 PL 방출의 검출 가능한 시프트는 없었습니다[89]. PL 방출 피크 위치, PL 반값 전폭(fwhm), 적분 PL 강도는 연구된 온도에서 정량적으로 결정되었으며, 결과는 그림 3c-e에 각각 요약되어 있습니다.
N, S-CDs의 PL 피크 위치는 대부분의 반도체 나노결정(밴드갭이 온도에 따라 변하여 PL 방출 시프트를 유도)과 달리 약한 온도 의존성을 보입니다. 게다가 그들의 PL fwhm은 동일한 온도 범위에서 무시할 만한 확대(1.4±1nm)만 보여 N, S-CDs의 PL 피크가 무시할 만한 열적 확대를 가짐을 나타냅니다(그림 3d). CD에서 발생하는 비복사 이완 과정을 특성화하기 위해 적분 PL 강도의 소광을 온도 함수로 분석했습니다. N, S-CDs의 온도 의존적 적분 PL 강도 플롯은 그림 3e에 나와 있으며, 값은 2°C에서의 강도로 정규화되어 연구된 온도 범위에서 단조롭게 감소하며, 80°C에서의 강도는 2°C의 약 절반입니다. 이 결과를 바탕으로 2~80°C 온도 범위에서 CDs의 열적 소광 활성화 에너지는 N, S-CDs에 대한 아레니우스 공식을 사용하여 17.0±0.7meV로 추정되었으며, 이는 Yu 등[51]이 보고한 값과 가깝습니다.
또한 Kalytchuk 등[89]은 다양한 온도에서 CD의 방출 역학을 조사했습니다. 그림 4a-c는 세 가지 다른 온도에서 시간 분해 방출 분광 데이터로 CD의 시간 분해 PL 방출의 강한 온도 의존성을 보여줍니다. CD의 과도 PL 방출 맵은 2, 50, 80°C에서 375~650nm 스펙트럼 영역에서 획득되었으며, 그림 4a-c에 나와 있습니다. 온도 증가에 따라 PL 감쇠가 명확하게 감소하여 CDs가 PL 수명 기반 온도 감지에 만족스러운 특성을 가짐을 시사합니다. 연구된 모든 온도에서 도트의 방출 프로파일 전체에 걸쳐 스펙트럼적으로 균일한 단일 지수 감쇠가 관찰되었으며, 이는 재조합이 전체 CD 앙상블에서 매우 유사하고 높은 발광 채널을 통해 발생함을 나타냅니다. CDs의 PL 역학은 온도 감지 응용과 관련하여 아마도 가장 유망한 특성일 것입니다. 구체적으로 CDs의 온도 감도는 이들을 PL 수명 나노온도계로 만듭니다.
2~80°C 온도 범위에서 CDs의 PL 수명 변화가 철저히 조사되었습니다. 그림 4d, e는 도트의 PL 방출 최댓값에서 온도 함수로 수집된 시간 분해 PL 데이터를 보여줍니다. 연구된 온도 범위에서의 과도 PL 컬러 플롯은 그림 4d에 제시되어 있으며, 온도 증가가 명백한 PL 감쇠의 단조로운 단축을 초래함을 보여줍 기록된 모든 감쇠 곡선은 단일 지수 함수로 피팅되었습니다. 추출된 수명 데이터는 그림 4e에 제시되어 있습니다. 온도가 2~80°C로 증가함에 따라 PL 수명은 11.0에서 5.3ns로 단조롭게 감소합니다. 이 PL 수명 감도가 입증된 온도 범위(2~80°C)는 생리학적으로 관련 있는 온도 범위와 많은 전자 장치의 일반적인 작동 온도를 모두 포함합니다. 이 PL 수명 CD 기반 열 프로브의 절대 유사 선형 감도는 0.08ns K−1이며, 최대 상대 감도는 62°C에서 1.79% K−1입니다. 연구된 온도 범위에서 CD 기반 발광 나노프로브의 PL 감쇠에 대한 단일 지수 피팅은 단일 매개변수인 PL 수명(τ)을 산출하며, 이는 보정 곡선을 사용하여 직접 온도 단위로 변환할 수 있습니다. 이는 PL 수명 측정을 포함하는 응용 분야에서 유용성을 제한하는 다중 지수 감쇠를 보이는 일반적인 반도체 양자점에 비해 중요한 이점입니다.
그들은 또한 인산 완충 염수(PBS)와 둘베코 변형 이글 배지(DMEM)에서 CDs PL 수명의 온도 의존성을 연구했으며 유사한 거동을 보였습니다.
CD 기반 발광 온도계의 재사용성을 입증하기 위해, 선택된 샘플의 PL 감쇠 곡선을 15~45°C 온도 범위에서 7번의 연속적인 가열 및 냉각 주기에 걸쳐 측정했습니다(그림 5a).
각 측정 주기에서 5분 열평형 후 PL 감쇠를 측정했습니다. 가열 및 냉각 주기 동안 열적 히스테리시스는 관찰되지 않았으며, 결과적인 PL 수명 변화는 시간 함수로 플로팅되었습니다(그림 5b), 이는 CDs의 PL 수명이 우수한 열 안정성을 나타냄을 보여줍니다.
이후 수열 및 솔보열 처리[2, 77, 92, 95, 97,98,99,100,101,102,103], 열 환류[94, 96], 레이저 에블레이션[14] 등 다양한 합성 방법을 사용하여 온도 의존적 방출을 가진 여러 CDs가 제조되었습니다(표 1 참조). 제조된 CDs는 생리학적 범위에서 선형 온도 의존적 형광을 보였습니다(표 1 참조). CDs의 형광 강도는 온도 증가에 따라 감소했습니다. 또한 모든 논문에서 형광 강도의 가역성과 복원성이 연구되었습니다. 그림 6은 다양한 논문에서 연구된 CDs의 몇 가지 공통 특성을 보여줍니다.
Nguyen 등[14]은 에틸렌디아민에서 흑연 분말의 펨토초 레이저 에블레이션을 사용하여 탄소 점(CDs)을 합성했습니다. 풍부한 작용기가 표면에 형성되어 표면 부위에서 다중 표면 상태를 형성하고 CDs의 다중 방출을 초래했습니다. 그들은 정상 상태 형광 스펙트럼을 사용하여 CDs의 형광 의존적 온도 감도를 조사했습니다. 320nm 여기에서 CDs의 온도 의존적 방출 스펙트럼은 그림 7a에 나와 있습니다. 400nm와 465nm 피크의 형광 강도는 비복사 감쇠 경로의 열적 활성화로 인해 온도 증가에 따라 점차 감소합니다. 피크 강도는 5~85°C 범위에서 온도에 선형적으로 변화합니다(그림 7b). 온도 감응 CDs는 400nm와 465nm 피크에 대해 각각 °C당 3.3%와 2.1%의 형광 강도 변화를 보였습니다. 이는 CDs가 높은 감도를 가진 기존 강도 기반 온도 센서로 사용될 수 있음을 나타냅니다.
주목할 점은 독특한 다중 방출 특성이 CDs를 비율측정 형광 온도 센서용 유망한 형광체로 만든다는 것입니다. 320nm 여기에서 400nm와 465nm에서의 두 형광 강도 비율 대 온도는 그림 7c에 나와 있습니다. 5~85°C의 넓은 온도 범위에서 강도 비율과 온도 사이에 매우 좋은 선형 관계(R2=0.998)가 있습니다. 열적 선형성은 피크 강도 비율과 온도 사이의 상관관계를 단순하게 만들며 동시에 전체 동적 범위에서 일정한 열 감도를 제공합니다. CDs의 온도 감도는 1.48%°C−1로 결정되었으며, 이는 다른 소재들과 비교 가능합니다. CDs의 온도 응답 범위가 이중 방출 온도 센서에 대한 다른 보고들보다 훨씬 넓으며 생물학 연구를 위한 생리학적 온도와 많은 전자 장치의 작동 온도를 모두 포함한다는 점에 주목해야 합니다. 320nm 여기 외에도 CDs는 340nm와 365nm와 같은 다른 여기 파장에서도 동일한 감도로 작동합니다. 따라서 CDs는 다양한 작업 파장을 선택하여 많은 실제 응용 분야에서 온도 감지에 활용될 수 있습니다.
그들은 비율측정 온도 센서가 20~50°C 사이에서 4주기 동안 가역적이며 광원 강도 변화 시 광안정적임을 보였습니다(그림 7d). 이 결과는 CDs 감지 시스템이 샘플 농도, 여기 또는 검출 효율의 변화에 대해 안정적이고 강건함을 시사합니다.
온도 증가가 항상 PL 소광을 동반하는 것은 아니며, PL 향상을 보일 수도 있습니다. Macairan 등[29]은 온도 증가에 따른 이중 형광 탄소 점의 PL 향상을 보였습니다. 그들은 포르마마이드와 글루타치온을 사용한 일단계 마이크로파 보조 반응으로 생체적합성 이중 형광 탄소 점 CDs를 제조했습니다. 그들은 640nm 여기 시 형광 강도와 PL 적분 면적이 5~60°C 범위에서 전체 분석 범위와 온도에 걸쳐 3.5배 증가함을 발견했습니다(그림 8a). 그림 8b에 나타난 바와 같이 전체 분석 범위와 온도에 걸쳐 선형 응답(R2=0.999)이 관찰되었으며, 온도 감도는 3.71%°C−1로 높게 결정되었습니다.
온도 의존적 형광은 405nm 여기에서도 연구되었습니다. 흥미롭게도 청색과 적색 형광 밴드는 온도 변화에 동등하게 민감하지 않습니다. 온도 증가에 따라 청색 성분의 형광 강도(해당 곡선 하 적분 면적)는 매우 약간 감소하는 반면, 적색 성분은 현저히 증가합니다(그림 8c). 이러한 관찰은 5~60°C 범위에서 청색 방출이 1.3배 감소하는 반면 적색 방출은 3.0배 증가함이 기록되었습니다.
그림 8d에 나타난 바와 같이 적색 대 청색 형광 비율은 온도와 함께 증가하며, 3개의 고유 샘플에서 3배 반복되었고 선형 플롯은 R2=0.998로 관찰된 것을 반영합니다. 이 분석들은 이러한 측정들의 평균에서 반복되었으며, 각 온도에서 작은 편차를 가집니다. 전체 온도 범위에서 CDs의 열 감도는 1.33~4.81%°C−1로 변했으며, 이는 이전에 보고된 탄소 점 나노온도계 시스템과 양자점 및 금속-유기 골격-염료 복합체와 같은 다른 이중 방출 나노소재보다 개선된 것입니다. CDs의 열 분해능은 0.048K−1로 계산되어 미세한 열 변화를 측정하는 것이 실제로 가능함을 나타냅니다.
Zhang 등[98]은 25~95°C 범위에서 온도 응답 특성을 가지며 우수한 감도와 놀라운 가역성/회복성을 가진 CDs를 합성했습니다(그림 9a). CD/에폭시 복합체는 CDs를 에폭시 수지에 균일하게 도핑하여 추가로 제조되었습니다. 먼저 5μg의 CDs를 50μL의 트리에틸렌테트라아민(TETA)에 용해시켰습니다. 그런 다음 350μL 에폭시 수지를 혼합 용액에 첨가하고 고속 교반으로 완전히 혼합했습니다. 결과 복합체는 현저히 향상된 온도 응답을 보였습니다.
에폭시 수지는 일반적인 열경화성 수지로 LED 칩 패키징에 널리 사용됩니다. 그림 9b는 지름 약 2cm, 두께 8~10mm의 CD/에폭시 복합체 디스크의 광학 현미경 사진을 보여줍니다. 경화된 CD/에폭시 복합체는 투명하며, 그 형광 방출 스펙트럼은 그림 9c에 나와 있습니다. CD/에폭시 복합체의 방출 피크는 CDs 용액에 비해 약 10nm 청색 시프트되었습니다. 주목할 점은 복합체의 온도 응답이 현저히 개선되었다는 것입니다. 25~95°C 온도 범위에서 형광 강도는 온도 증가에 따라 35% 감소하는데, 이는 용액 상태의 2배 이상이며 선형 결과가 더 안정적입니다. 선형 방정식은 I0/I=0.0074[°C]+0.80454(R2=0.99724)를 만족하며, 여기서 I0와 I는 온도 상승 전후 CD/에폭시 복합체의 형광 강도이고, 여기 파장은 360nm입니다. 방출 피크의 청색 시프트와 온도 응답 특성의 향상은 CDs가 위치한 환경의 유전율 변화 때문일 수 있습니다. 이 복합체는 넓은 온도 감지 범위를 가지며, 우수한 감도와 안정성으로 다양한 환경에서 형광 나노소재 기반 온도 센서로 사용하기에 적합합니다.
현재까지 탄소 점의 열 감지 거동을 설명하기 위한 잘 확립된 메커니즘은 없습니다. 일부 보고서는 메커니즘을 표면(트랩/결함) 상태의 비복사 채널의 열적 활성화에 기인한다고 봅니다. 일반적인 그림은 저온에서 비복사 채널이 활성화되지 않아 여기 전자가 복사적으로 광자를 방출할 수 있다는 것입니다. 반대로 온도가 증가함에 따라 더 많은 비복사 채널이 활성화되고, 여기 전자가 비복사 과정을 통해 바닥 상태로 돌아가 형광 강도 감소를 초래합니다[2, 95, 99, 100, 103]. 가열/냉각에 따른 CDs 방출 메커니즘은 그림 10에 나와 있습니다.
CD 방출 과정의 열역학을 더 잘 이해하기 위해 Kalytchuk 등[89]은 CD 샘플의 복사(τr−1) 및 비복사(τnr−1) 재결합 속도를 PL 양자 수율과 연관시켰습니다. 복사 속도는 PL 양자 수율(QY)과 측정된 재결합 속도 τ−1로부터 τr−1=QY×τ−1로 결정됩니다. 비복사 이완 속도 τnr−1은 τnr−1=τ−1−τr−1로 표현됩니다. CDs의 다양한 온도에서의 PL QY는 온도 의존적 흡수와 적분 PL 강도, 실온에서 결정된 PL QY로부터 계산되었습니다. 시간 분해 PL 측정 데이터로부터 유도된 복사 및 비복사 재결합 속도가 온도 함수로 플로팅되어 그림 11에 나와 있습니다. 복사 재결합 속도는 70°C까지 해당 비복사 속도보다 크며, 2~80°C 온도 범위에서 (0.74~0.82)×106s−1 범위로 크게 변하지 않습니다. 반면, 온도가 2~80°C로 증가함에 따라 비복사 재결합 속도가 현저하게(약 7배, 0.16×106에서 1.12×106s−1로) 단조롭게 증가합니다. 복사 및 비복사 속도의 온도 의존적 교차는 70°C에서 발생하며, 이때 PL QY는 50%입니다. 이러한 결과는 그들의 CDs에서 PL 소광의 온도 활성화가 주로 비복사 이완 채널의 활성화에 기인함을 시사합니다[89].
Guo 등[102]은 준비된 탄소 점의 열적 소광을 비복사 감쇠 과정의 활성화뿐만 아니라 온도 증가에 따른 비복사 트래핑의 발생에도 기인시켰습니다. 그들은 CDs의 온도 의존적 감쇠 수명을 측정하여 그림 12a에 나타냈습니다. 데이터는 320nm 레이저 여기에서 방출 최댓값을 온도 함수로 모니터링하여 수집되었습니다. 결과는 온도가 283~343K로 증가함에 따라 PL 수명이 15.03에서 11.70ns로 감소함을 보여주며, 이는 비복사 감쇠 과정의 발생에 기인할 수 있습니다. 게다가 CDs의 PL 이완 역학은 온도 증가에 따라 다중 지수 감쇠를 드러내며, 이는 광여기 캐리어가 복잡한 이완 과정을 따른다는 것을 시사합니다. 비복사 트래핑의 발생은 온도 상승과 함께 증가하며, 이는 적분 PL 강도의 아레니우스 플롯으로 정량적으로 분석될 수 있습니다:
I=I0/[1+a exp(−Ea/kT)]
여기서 Ea는 활성화 에너지, k는 볼츠만 상수, a는 상수입니다. 그림 12a는 1/T에 대한 방출 강도 플로팅을 보여주며, 활성화 에너지(Ea) 값은 0.329±0.02eV로 계산되었습니다. CDs 방출 과정의 열적 소광 원인을 탐구하기 위해, 수명(τ*)과 양자 수율(QY)로부터 복사(Vr) 및 비복사(Vnr) 재결합 속도를 결정했습니다:
τ* = 1/(Vr+Vnr); QY = Vr/(Vr+Vnr)
다양한 온도에서 CDs의 QY는 온도 의존적 흡수와 적분 PL 강도, 실온에서 결정된 QY로부터 계산되었습니다. 그들은 온도가 283~343K로 상승함에 따라 복사 속도가 약간 감소하는 것을 관찰했습니다. 동시에 비복사 재결합 속도는 약 2배 점차 증가했습니다. 이러한 결과는 CDs에서 온도 활성화 PL 소광이 주로 비복사 이완 채널의 활성화에 기인함을 추가로 나타냅니다[102].
다른 그룹들은 현미경 및 분광 기술을 사용하여 탄소 점의 열 감지 메커니즘을 이해했습니다.
Wang 등은 TEM과 UV-Vis 스펙트럼을 사용하여 준비된 CDs의 온도 응답 PL 거동을 연구했습니다. 그림 13a에 나타난 바와 같이, CDs는 온도가 20~80°C로 증가할 때 UV-Vis 스펙트럼에 변화를 보이지 않습니다. 그러나 CDs의 평균 직경이 상온에서 2.6±0.2nm에서 80°C에서 4.4±0.2nm로 증가하는 것이 발견되었습니다(그림 13b). 따라서 온도 증가로 제조된 CDs의 응집이 발생하여 명백한 형광 소광을 초래했습니다[1].
He 등[101]은 그들의 CDs의 수화 입자 크기가 온도 증가에 따라 더 커진다고 보고했습니다(그림 14a), 이는 온도 상승이 CDs의 응집을 일으켜 결국 형광 소광을 초래함을 나타냅니다. 그럼에도 불구하고 온도가 감소함에 따라 CDs의 수화 입자 크기가 감소하기 시작합니다(그림 14b), 이는 냉각이 CDs의 탈중합을 유발할 잠재력이 있음을 나타냅니다[101].
Cui 등 그룹도 형광 소광을 CDs의 응집에 기인시켰습니다. 그들은 아크릴산만 전구체로 사용하여 합성된 비도핑 CDs를 온도 센서에 적용하려 했습니다. 불행히도 비도핑 CDs는 도핑된 CDs보다 동일한 온도 상승에서 더 약한 소광 효과를 가졌습니다[92].
Yang 등[94]은 N-CDs의 온도 의존적 PL 특성과 관련하여 두 가지 핵심 요소를 제안했습니다: (i) 표면 작용기, (ii) 수소 결합 상호작용. 첫 번째 요소인 표면 산소 함유 기의 효과를 조사하기 위해, N-CDs(4.0mL)를 강력한 환원제 NaBH4(1.0mL, 0.1mol L−1)로 처리하여 탄소 점 표면의 C=O 종을 제거하는 또 다른 대조 실험을 수행했습니다. 얻은 환원된 N-CDs는 간단히 r-N-CDs로 표기합니다. N-CDs와 비교하여 r-N-CDs는 더 약한 형광 강도를 보입니다(그림 15a). 게다가 r-N-CDs의 형광 강도는 온도가 20~80°C로 증가함에 따라 13%만 감소합니다(그림 15a 인셋), 이는 훨씬 낮은 온도 감도를 주며, 이는 감소된 산소 함유 기에 기인합니다[94].
두 번째 요소인 용매와의 수소 결합이 N-CDs의 형광 거동에 미치는 효과를 탐구했습니다. N-CDs 용액(1.0mL)을 여과지에 떨어뜨리고 공기 중에서 건조시켜 고체 시료를 얻었으며, 이는 여전히 밝은 형광을 방출합니다. 그러나 고체 N-CDs의 형광 강도는 온도 증가에 따라 명백한 변화를 보이지 않았습니다. 그들은 또한 에탄올에 분산된 N-CDs의 형광을 측정했습니다. N-CDs의 C2H5OH 내 형광 강도는 물보다 낮으며, 온도가 20~80°C로 증가함에 따라 PL 강도의 변화가 거의 관찰되지 않습니다(그림 15b). 따라서 강한 수소 결합이 N-CDs의 온도 의존적 PL 특성에서 핵심 역할을 합니다. 그림 15c는 N-CDs의 온도 의존적 형광 강도에 대한 개략적 메커니즘입니다[94].
그러나 우리 그룹은 Yang 그룹과 동일한 실험 전략을 사용했습니다. 두 경우 모두 r-CDs와 e-CDs의 방출이 원래 CDs 결과와 같은 방식으로 온도 증가에 따라 선형적으로 소광되었습니다(그림 16). 따라서 우리의 결과는 풍부한 산소 함유 작용기와 수소 결합의 시너지 효과를 배제했습니다[77].
문헌에서는 CDs의 온도 응답 형광 특성을 생물학적 이미징에 탐구한 논문이 소수에 불과합니다. 그러한 실험에 앞서, CDs의 생체 내 독성을 추정할 수 있게 하므로 CDs의 in vitro 세포독성 분석이 필수적입니다. In vitro 세포독성 분석은 배양 세포에 대한 나노소재의 효과나 영향을 평가합니다[89].
Yang 등[94]은 CDs가 생체 세포에서 효과적인 온도계로 사용될 수 있음을 검증했습니다. HeLa 세포를 CDs로 6시간 처리 후 PBS로 세척했습니다. 온도 25°C에서 HeLa 세포 내 CDs의 밝은 청색 형광이 관찰됩니다(그림 17a). 온도가 37°C로 증가함에 따라 청색 형광이 약해집니다(그림 17b). 온도가 25°C로 감소하면 N-CDs의 형광이 회복됩니다(그림 17c). 생체 내 열 화상으로서, N-CDs 주입 후 마우스의 형광 이미지를 다양한 온도에서 즉시 수집했습니다. 28°C에서의 형광 강도를 기준(Io)으로 설정하면, CDs가 주입된 영역의 I/Io는 온도가 28~34°C로 증가함에 따라 1.0에서 0.87로 변합니다(그림 17d, e). 온도가 43°C로 더 증가하면 I/Io는 0.52로 감소하고 형광은 거의 검출되지 않습니다(그림 17f). 그리고 온도가 39~28°C로 감소함에 따라 I/Io는 0.66에서 1.0으로 가역적으로 증가합니다(그림 17g-i). 이러한 모든 결과는 N-CDs가 효과적인 in vitro 및 in vivo 나노온도계로 사용될 수 있음을 나타냅니다[94].
탐구적 실험에서 Kalytchuk 등은 인간 자궁경부암 HeLa 세포에서 세포 내 온도 모니터링을 위한 CDs의 능력을 테스트했습니다. 그림 18은 CDs(500μg/mL)로 배양된 HeLa 세포의 측정된 세포 내 온도를 보여줍니다. 각 온도에서 CDs의 PL 감쇠 곡선은 높은 재현성을 가지며 모든 기록된 온도에서 단일 지수 함수로 피팅될 수 있습니다. 그림 18a에서 25~50°C(5°C 단계) 온도 범위의 기록된 PL 감쇠 곡선은 기호로 표시되며, 해당 단일 지수 피팅은 실선으로 표현됩니다. 그들은 CD 농도 ≥100μg/mL에서 이 PL 수명 측정의 PL 신호가 CDs로부터 독점적으로 유래함을 확인할 수 있었습니다. 각 측정에서의 세포 내 온도는 2~80°C 온도 증가에 따른 PL 수명과 온도 사이의 보정 곡선으로부터 결정되었습니다. 이렇게 결정된 온도(Tmeas)는 그림 18b에서 PL 수명에 대한 함수로 플로팅되었습니다. 독립적으로, 세포 용액의 온도는 보정된 기준 온도계로 결정되었습니다(그림 18b에서 Tset으로 표시). 발광 CD 프로브와 기준 검출기로 보고된 온도는 잘 일치합니다. 이러한 결과는 CDs 기반 나노프로브의 PL 수명이 세포 내 온도를 신뢰성 있게 측정하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다[89].
발광 CD 나노프로브의 장기 실시간 온도 모니터링 잠재력을 추가로 평가하기 위해, CDs(500μg/mL)로 배양된 HeLa 세포의 PL 감쇠 프로파일을 24시간 동안 15분마다 기록했습니다. 이 기간 동안 측정된 PL 감쇠 값에서 추출된 PL 수명은 시간 함수로 플로팅되었습니다(그림 18c). 이 결과를 사용하여 보정 곡선으로부터 시간 경과에 따른 온도 변화를 계산했습니다(그림 18d). 또한 각 측정 지점에서 샘플의 온도는 온도 재현성 60mK의 기준 온도계를 사용하여 결정되었습니다. 기준 온도계로 결정된 온도는 그림 18e에 플로팅되어 측정 온도와 기준 온도 간의 탁월한 일치를 보여줍니다. PL 기반 온도 측정의 높은 정확도는 측정 온도와 실제(기준) 온도 간 차이의 통계적 분석으로 추가 입증됩니다(그림 18f). 이 데이터를 사용하여 제시된 방법에 의한 온도 감지의 절대 평균 정확도는 0.27°C로 계산되었습니다. 이 실험은 생물학적 시스템에서 CD 기반 열 프로브의 잠재력을 확인합니다[89].
Macairan 등[29]은 제조된 CDs가 강도 및 비율측정 접근법을 사용하여 세포 내 열 감지에 사용될 수 있음을 보였습니다. CDs로 처리된 HeLa 세포를 32, 37, 42°C에서 평형화시켰습니다(그림 19). 640nm 여기를 사용하여 세포 내 CDs의 적색 형광을 선택적으로 모니터링했습니다. 열 변화는 세포 내 농도 변화 때문일 수 있거나 강도 변화(λex=640nm)와 상관관계가 없을 수 있습니다. 이는 세포 내 농도 변화나 고온에서 CDs의 국소화 변화 때문일 수 있습니다. 따라서 단순히 형광 강도 변화에 의존하면 정확한 세포 내 열 감지로 이어집니다.
반면, 이러한 한계는 비율측정 접근법을 사용하여 배제됩니다. CDs는 이전에 콜로이드 분산액에서 관찰된 바와 같이 405nm 여기 후 세포에서 이중 청색 및 적색 형광을 유지합니다(그림 19). 적색 대 청색 비율은 온도 증가에 따라 증가하며, 32°C에서 1.8, 37°C에서 2.0, 42°C에서 2.3의 값을 가집니다. CDs의 적색-청색 형광 비율측정 관계는 형광 나노온도계 프로브 개발에서 비율측정 온도 감지의 이점을 강조합니다. 상대적 적색-청색 방출 비율은 세포가 섭취한 CDs의 양에 관계없이 영향을 받지 않으며, 이는 confluent(세포 밀도) 등 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있고 농도 의존적이지 않습니다. 마지막으로 CDs는 세포 내 온도 변화에 대한 형광 가역성을 보였습니다. HeLa 세포에서 배양 후 32/42/32°C의 가열/냉각 주기를 거쳤습니다. 이는 제안된 CD-나노온도계의 견고성을 강조하며 이러한 발견은 형광 가역성을 추가로 입증합니다[29].
공초점 레이저 주사 현미경을 사용하여 N, S, I-도핑 CDs로 결장암 세포 HT-29의 열 화상을 수행했습니다(그림 20[100]). 형광 반점은 온도 의존적이었습니다(그림 20g-i), 가장 강렬한 것은 15°C, 가장 약한 점은 35°C였습니다. 흥미롭게도 형광 반점은 가역적이었으며, 20분 연속 여기 후에도 매우 광안정적이었습니다[100]. Shin 등[96]도 HeLa 세포에 공초점 레이저 주사 현미경을 사용했습니다(그림 20e-g).
Li 등[103]은 생물학적 환경을 위한 나노 열 응답 형광체로 사용하기 위해 MnOx-CDs로 구성된 나노복합체를 제조했습니다. HepG2 세포를 다양한 배양 온도에서 MnOx-CDs와 함께 배양했습니다. 공초점 레이저 주사 현미경(405nm 여기)으로 설명된 바와 같이, 환경 온도가 40°C일 때 HepG2 세포 내 MnOx-CDs의 청색 발광은 약합니다(그림 21a). 환경 온도가 30°C(그림 21b)로 감소하면 HepG2 세포 내 MnOx-CDs의 청색 발광이 강화되며, 20°C(그림 21c)까지 더욱 강화됩니다. 온도 응답 특성으로 인해 합성된 MnOx-CDs는 바이오이미징 및 암 치료에서의 광열 요법과 같은 생물의학 분야에 쉽게 적용될 수 있습니다[103].
탄소 나노점은 열 감도, 저비용, 광안정성 등 나노온도계측에 활용할 수 있는 독특한 특성을 나타냅니다. 유연한 표면 수정과 쉬운 제조는 다양한 응용 분야를 위한 수많은 열 감응 나노소재를 확립하는 길을 열어줄 것입니다. 열 감지 나노소재의 전반적 추세는 저비용 및 안전한 소재를 사용하여 광안정성과 열 해상도를 향상시키는 것을 목표로 합니다. CDs는 이러한 요구 사항을 충족하고 생의학 온도 측정 응용(예: 고열 치료 중 온도 모니터링)에 사용될 수 있는 새로운 세대 온도계로 분류될 수 있습니다. 쉬운 제조 프로토콜, 생체적합성, CDs의 쉬운 기능화는 CDs를 차세대 대체 나노온도계 소재로 만드는 유망한 기준입니다. 이 분야의 기초 연구를 촉진하기 위해 더 많은 노력이 필요합니다. 한계는 극복되어야 하며, 열 감도 향상과 더 넓은 온도 범위에서의 작동을 포함하는 탄소 점 기반 나노온도계를 생산해야 합니다. 형광 열 감지 메커니즘에 대한 더 나은 이해는 CDs의 구조를 설계하고 조작하며 열 해상도를 향상시킬 수 있는 또 다른 핵심 문제입니다. CDs의 제조 방법과 열 거동 간의 상관관계를 이해하기 위해 더 많은 실험과 이론적 모델링이 필요합니다.
나노물질
특수 화학 기업 솔베이(Solvay, 벨기에 브뤼셀)와 탄소섬유 제조사 SGL 카본(SGL Carbon, 독일 비스바덴)이 12월 3일, 대형 토(large-tow) 중간 탄성(IM) 탄소섬유 기반 첫 복합소재 상용화를 위한 공동 개발 계약(JDA)을 체결했습니다. 비용·CO₂ 절감, 생산 공정·연비 개선 겨냥 이 소재들은 차세대 상용 항공기의 비용과 CO₂ 배출 저감, 생산 공정 개선, 연비 향상 니즈를 충족합니다. SGL 카본의 대형 토 IM 탄소섬유와 솔베이의 1차 구조용 레진 시스템을 기반으로 합니다. 열경화성·열가소성 복
유인 잠수정 서비스 제공사 OceanGate Inc.(에버렛, 워싱턴, 미국)가 3월 23일 Toray Composite Materials America Inc.(CMA, 타코마, 워싱턴, 미국)를 신규 탄소섬유 압력 용기 제조용 항공우주급 프리프레그 탄소섬유 소재 우선 공급사로 선정했다고 발표했다. 심해 유인 잠수정용. 신규 압력 용기 생산은 올해 말 착수 예정. CMA는 항공우주 산업 오랜 신뢰 공급사이자 프리프레그 복합재 소재 개발·혁신 세계적 리더다. 숙련된 팀과 복합재 소재 방대한 지식이 차세대 유인 잠수정 개발에 결
