［헤럴드경제=조용직 기자］국내 연구진이 금 나노입자를 이용해 발광소재, 태양전지, 바이오센싱 및 생체분자영상 등에 쓰이는 형광체의 발광효율을 약 4배 가량 높일 수 있는 나노구조체를 개발했다.

이화여대 화학나노과학과 김동하 교수가 주도하고 사지 토마스 코츄비두 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)誌 4월 22일자에 게재됐다.

금 나노입자가 빛과 만날 때 나타나는 표면플라즈몬 공명을 이용하면 형광체의 발광효율을 크게 높일 수 있다. 표면플라즈몬 공명이란 나노크기의 금속 표면에 있는 전자의 집단적인 진동 운동이 갖는 고유의 특성이 입사광과 일치, 빛이 흡수됨에 따라 증폭된 장(field)이 유도되는 현상이다.

형광체와 금 나노입자로 구성된 복합체의 발광성질에 대한 연구는 기존에는 금 나노입자와 주개, 형광체 사이의 간격을 제어하여 형광 효율을 제한적으로 향상시키는 데 그쳤다. 주개는 들뜬 형광분자 간 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 주는 역할을 하는 형광체를 말한다.

연구팀은 주개-받개, 형광체쌍을 껍질로, 금 나노입자를 내부의 핵(core)으로 하고 이들 사이를 2개의 실리카 층으로 채워 형광체와 금 나노입자 간 표면플라즈몬에너지전이** 효율 및 주개-받개 형광체간 형광공명에너지전이 효율을 동시에 향상시켰다.

형광공명에너지전이란 들뜬 형광분자 사이에 비복사 과정을 통해 에너지가 전이되는 현상이다. 받개는 들뜬 형광분자 간 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 받는 역할을 하는 형광체다. 표면플라즈몬에너지전이는 귀금속 나노구조체가 빛에 의해 들뜰 때 발생하는 표면플라즈몬에너지가 인접 물질로 전달되는 현상을 의미한다.

미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 향후 발광체가 이용되는 디스플레이, 생화학 센서, 태양전지 등 다양한 분야의 연구에 기여할 것으로 기대된다. 

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