국내 연구진이 광원으로 활용하기 어려운 근적외선을 높은 효율로 가시광선화하는 나노 구조체 기술을 개발했다. 이 기술을 적용하면 바이오 분야, 태양전지에 쓰이는 새로운 고효율 형광체를 만들 수 있을 것으로 기대된다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 김민곤 광주과학기술원(GIST) 화학과 교수팀이 루크 리 버클리대 교수팀과 함께 근적외선 가시광선화에 쓰이는 '업컨버팅 나노 입자'용 초승달 모양의 안테나 구조체(ANAU)를 개발했다고 7일 밝혔다.
업컨버팅 나노 입자는 광원으로 쓰기 어려운 근적외선을 흡수, 가시광선을 발산하는 나노 입자다. 나노 입자를 통과한 빛은 장파장에서 단파장의 빛으로 바뀐다. 이때 빛의 잡음이 적고 깊은 곳까지 침투하는 성질을 띤다. 이 때문에 바이오이미징 및 센서 분야, 태양전지 등 다양한 분야에서의 응용 가능성이 짙다.
문제는 낮은 효율이다. 두 개의 근적외선 광자를 하나의 가시광선 광자로 바꾸는 탓에 발광 효율이 매우 낮다. 변환된 빛을 원하는 곳으로 내보내는 것도 어려웠다.
연구팀은 업컨버팅 나노 입자 위에 ANAU를 조성, 문제를 해결했다. 업컨버팅 나노입자 위에 금을 60도 각도로 증착, 안테나를 만들었다. 전기장 시뮬레이션, 발광 신호 측정으로 발광 효율이 가장 높은 형태를 찾았다.
ANAU는 빛을 응집시키고, 특정 방향으로 발광하도록 제어한다. 사방으로 퍼져 나가던 빛을 뾰족한 안테나 끝 부분에 집중시키는 방식이다. 안테나 모양에 따라 발광 방향도 조절할 수 있다.
연구팀은 ANAU를 이용할 때 업컨버팅 나노 입자의 발광 효율이 기존보다 약 16배나 향상됐다고 설명했다.
김민곤 교수는 “ANAU를 이용해 업컨버팅 나노 입자의 발광 효율을 향상시키고, 방향을 제어하는 방법을 제시했다”면서 “앞으로 다양한 바이오 분야와 태양전지 분야에 기술을 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
