발광효율 4배↑ 나노구조체 개발

디스플레이스, 태양 전지에 활용

[아시아경제 정종오 기자]국내 연구팀이 금 나노입자를 이용해 발광소재, 태양전지, 바이오센싱과 생체분자영상 등에 쓰이는 형광체의 발광효율을 약 4배 정도 높일 수 있는 나노구조체를 개발했다.

금 나노입자가 빛과 만날 때 나타나는 표면플라즈몬 공명을 이용하면 형광체의 발광효율을 크게 높일 수 있다. 표면플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance)은 나노크기의 금속 표면에 있는 전자의 집단적 진동 운동이 갖는 고유의 특성이 입사광과 일치, 빛이 흡수됨에 따라 증폭된 장(field)이 유도되는 현상을 말한다.

그동안 형광체와 금 나노입자로 구성된 복합체의 발광성질에 대한 연구가 이뤄졌는데 기존에는 금 나노입자와 주개(들뜬 형광분자 간 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 주는 역할) 형광체 사이의 간격을 제어해 형광 효율을 제한적으로 향상시키는 데 그쳤다.

연구팀은 주개-받개(들뜬 형광분자 간 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 받는 역할) 형광체쌍을 껍질로, 금 나노입자를 내부의 핵(core)으로 하고 이들 사이를 2개의 실리카 층으로 채워 형광체와 금 나노입자 간 표면플라즈몬에너지전이 효율과 주개-받개 형광체간 형광공명에너지전이 효율을 동시에 높였다.

에너지전이 효율을 높여 발광효율을 향상시키는 방식으로 앞으로 발광체가 이용되는 디스플레이, 생화학 센서, 태양전지 등 다양한 분야의 연구에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 제시된 구조체를 태양전지 활성층에 도입해 전지의 효율을 높이기 위한 후속연구를 진행할 계획이라고 밝혔다.

이화여대 화학나노과학과 김동하 교수가 주도하고 사지 토마스 코츄비두 박사(Saji Thomas Kochuveedu, 제1 저자) 등이 참여했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 이뤄졌다. 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)誌 4월 22일자(논문명: Revolutionizing the FRET-Based Light Emission in Core-Shell Nanostructures via Comprehensive Activity of Surface Plasmons)에 실렸다.

김 교수는 "형광체의 발광성능을 향상시킬 수 있게 되면 앞으로 디스플레이뿐만 아니라 생화학적 센서 및 태양전지 분야 등에 광범위하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr