대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 양지웅 에너지공학과 교수팀이 외부전원이 필요없는 세계 최고 성능의 친환경 양자점 광센서를 개발했다고 7일 밝혔다.
울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 최문기 교수팀, 서울대 화학생물공학부 김대형 교수팀과 공동연구로 개발한 양자점 광센서는 광전압 효과에 의해 외부전원 없이도 안정적으로 광신호를 측정할 수 있다. 또 공동연구팀은 이 광센서를 사용해 '피부 부착형 초박막 맥박 센서'도 제작해 다양한 변형에도 안정적으로 맥박 신호를 획득할 수 있는 웨어러블 맥박 센서를 선보였다.
최근 인구 고령화, 코로나19와 같은 유행성 질환의 대유행을 겪으며 장기간 몸에 부착해 생체 신호를 획득하는 헬스케어 모니터링 시스템 수요가 커지고 있다. 하지만 기존 실리콘 기반 광센서는 무겁고 딱딱해 장시간 착용이 불편하다는 단점과 함께 피부와 밀접하게 접촉하지 못해 생체 신호를 정확하게 획득하지 못한다는 한계점이 있다. 실생활에서 사용하기 어렵다.
공동연구팀은 중금속이 포함돼 있지 않은 구리-인듐-셀레나이드(Cu-In-Se) 친환경 양자점을 이용한 초고성능 양자점 광센서를 개발하는 데 성공했다. 기존에는 친환경 양자점을 이용할 경우 광센서의 성능이 좋지 않다는 것이 일반적이었다. 하지만 공동연구팀은 친환경 양자점의 크기·조성 제어를 통해 친환경 양자점의 전기적 특성을 향상시키고 친환경 양자점에 적합한 유·무기 하이브리드 전하전달층을 새롭게 개발해 기존 독성 양자점 광센서 성능을 뛰어넘는 친환경 양자점 광센서를 제작했다.
연구팀이 제작한 친환경 양자점 광센서는 약 40나노미터(㎚) 양자점 흡광층으로도 높은 소자 성능을 나타내고, 외부전원 없이 우수한 광검출 성능을 보여 웨어러블 광센서 응용 및 활용에 큰 장점을 가지고 있다. 또 연구팀은 고분자 기반의 유연 기판 위에서 제작된 광센서를 광원과 결합해 웨어러블 맥박 센서도 제작했다.
양지웅 교수는 “친환경 양자점의 구조 제어와 친환경 양자점에 최적화된 전하전달층을 개발해 고성능으로 구동하는 친환경 양자점 광센서 제작이 가능했다”고 설명했다.
최문기 UNIST 교수는 “외부 전원이 필요 없는 친환경 양자점 광센서를 이용해 높은 유연성을 가진 초박막 맥박 센서를 제작할 수 있었다”며 “웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템뿐만 아니라 라이다, 적외선 카메라 등 다양한 차세대 광센서에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
과학기술정보통신부 한국연구재단 우수신진연구사업, DGIST 센소리움 연구소 등 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 나노과학분야 저명학술저널 'ACS Nano'에 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
