근적외선에서 가시광선 고효율 변환 '나노 안테나' 개발

근적외선에서 가시광선 고효율 변환 '나노 안테나' 개발

한미연구진 성과…"태양전지, 암 치료 등 분야 활용 기대"

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 루크 리 UC 버클리 교수와 김민곤 광주과학기술원 교수 연구팀이 업컨버팅 나노입자 발광효율을 높일 수 있는 초승달 모양 나노 안테나 구조체를 개발했다고 7일 밝혔다.


업컨버팅 나노입자는 낮은 에너지의 근적외선을 흡수하고 높은 가시광선을 내는 특성을 보인다.

강한 발광 세기, 생체 적합성, 우수한 빛 안정성과 조직 침투성 등으로 바이오 이미징이나 고감도 촉각센서가 필요한 바이오 기기 산업에 응용할 수 있다.

암 치료나 태양전지 연구 분야 활용 가능성도 크다.

그러나 두 개의 빛 입자(광자)를 흡수한 에너지가 하나의 큰 광자로 바뀌기 때문에 발광효율이 매우 낮다는 한계가 있다.

연구팀은 업컨버팅 나노입자 위에 초승달 모양으로 수 나노미터(10억분의 1ｍ) 두께 금을 증착(증기 상태로 만들어 부착)한 비대칭성 나노 안테나 구조체(ANAU)로 문제를 풀었다.

투명 고분자를 씌운 기판 위에 업컨버팅 나노입자를 떨어뜨리고서 그 위에 금을 증착했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이 초승달 모양 나노 안테나 구조체가 빛을 효과적으로 모으는 한편 특정 방향으로 발광효율을 제어할 수 있다는 것을 확인했다.


연구팀 관계자는 "업컨버팅 나노입자 발광효율은 나노 안테나가 없을 때보다 약 16배 향상했다"며 "기하학적으로 조절된 나노 안테나 구조체를 이용해 효율을 높이고 특정 방향으로 제어된 발광 신호를 생성할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(집단연구) 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 나노과학 분야 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters) 8월 21일 자에 실렸다.

UC 버클리 방도연 씨가 제1저자, UC 버클리 홍순권 씨와 광주과학기술원 조은정·변주영·이재영 씨가 공동저자다.

walden@yna.co.kr

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