- 성균관대 정소희 교수, 단파장 적외선 흡수하는 친환경 양자점 합성

자율주행차 적외선 센서.[123rf]
자율주행차 적외선 센서.[123rf]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 납이나 수은 등 유해중금속을 사용하지 않는 친환경 적외선 센서 개발을 가능케 할 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 성균관대학교 에너지과학과 정소희 교수 연구팀이 공유결합성 친환경 양자점의 성장 원리를 규명하고 단량체의 확산속도를 세밀하게 조절, 양자점의 성장을 자유롭게 제어할 수 있는 새로운 합성방법을 개발했다고 3일 밝혔다.

양자점이란 반도체 나노입자의 크기가 전자-정공의 거리와 비슷하거나 작아질 때, 양자구속효과에 의해 물리학적 성질이 변하는데 양자구속효과의 범위에 드는 반도체 입자를 말한다.

적외선 응용분야는 군사, 의료, 광통신 분야, 자율주행 자동차용 센서 등과 같이 무궁무진하지만, 적외선 영역에서 광학적 특성을 가지기 위해 기존에는 납이나 수은 등의 중금속을 포함하는 물질이 주로 사용됐다.

이에 입자 크기에 따라 다양한 빛을 흡수·방출하는 양자점 소재를 통해 적외선 응용분야에 적용하려는 노력들이 진행되고 있다.

하지만 인듐 아세나이드(InAs) 등과 같은 공유결합성 친환경 물질은 기존의 성장원리로는 9나노미터(nm) 이상 크기로 성장시키기에 한계가 있어 1100~1300nm 파장영역에서 응용이 한정돼 있었다.

연구팀은 양자점의 성장원리를 규명하고 이를 기반으로 한 새로운 합성 방법을 제시했다.

다양한 실험변수들을 반영한 양자점 성장 시뮬레이션 결과, 용액의 부피와 반응물의 농도 등 특정 조건을 만족해야 의도치 않는 부반응을 억제하고 이상적인 양자점 성장이 일어나는 것을 발견했다.

실제 반응용액의 농도를 시뮬레이션 결과에 맞춰 조율하자 기존보다 4배 이상 큰 양자점을 합성할 수 있었다.

반응물의 확산 속도 조절을 통한 콜로이드 인듐 아세나이드(InAs) 양자점의 성장.[성균관대 제공]
반응물의 확산 속도 조절을 통한 콜로이드 인듐 아세나이드(InAs) 양자점의 성장.[성균관대 제공]

또한 이렇게 만들어진 양자점은 1700nm 이상의 파장을 흡수할 수 있으며 크기 분포는 9.0 ± 1.1nm 것으로 균일한 입자들이 합성된 것으로 나타났다.

연구팀은 적외선 연구 분야는 물론 다양한 나노입자 합성 분야에 기여할 것이라고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 5월 21일 게재됐다.