박동혁 교수팀, 광제어로 비접촉 센서 응용가능성 제시
실온 인광 구현으로 빛 유지·이동·전달 제어 성과 확보
비접촉 센서·색변환 디스플레이 응용 가능성 폭넓게 제시
인하대학교가 상온에서 친환경 셀룰로오스 기판을 활용해 빛의 유지·이동·전달을 제어하는 기술을 개발했다. 독성이 낮은 순수 유기 물질을 기반으로 비접촉 센서 구현 가능성까지 제시했다.
인하대는 박동혁 화학공학과 교수 연구팀이 종이의 주성분인 셀룰로오스 위에 분자를 결합시켜 실온에서도 빛이 오래 지속되는 '실온 인광' 구조를 구현했다고 22일 밝혔다. 별도 냉각이나 특수 환경 없이도 빛을 안정적으로 유지할 수 있다는 점이 이번 연구의 핵심이다.
기존 유기 발광체는 독성이 있거나 제작 공정이 복잡한 경우가 많았다. 연구팀은 이를 보완하기 위해 독성이 낮고 제조가 비교적 쉬운 순수 유기 물질을 활용했다. 셀룰로오스 기판 위에는 머리카락보다 훨씬 가는 막대 형태의 미세 구조를 형성해 빛을 더 오래, 더 강하게 유지할 수 있도록 했다.
연구팀은 이 구조를 통해 빛이 사방으로 퍼지지 않고 한 방향으로 이동하도록 제어하는 데도 성공했다. 빛의 유지에 더해 이동 경로까지 조절할 수 있게 되면서 광제어 기술의 활용 폭을 넓혔다.
여기에 밀리초(ms) 단위의 긴 인광 수명을 활용해 유기 형광체와의 결합도 구현했다. 그 결과 빛의 에너지가 다른 물질로 전달되는 현상을 확인했고, 센서 표면 상태에 따라 빛의 색과 밝기가 달라지도록 제어할 수 있었다.
연구팀은 이번 기술이 비접촉 센서와 색변환 디스플레이, 미세 변화 감지 장치 등에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 빛이 꺼진 뒤에도 일정 시간 남는 인광 특성을 활용해 접촉 없이도 표면 상태 변화를 읽어낼 수 있다는 점에서다.
이번 연구는 친환경 소재 기반에서 빛의 흐름과 에너지 전달을 정밀하게 제어할 수 있음을 입증했다.
이번 연구는 심봉섭 인하대 화학공학과 교수, 임혜린 경희대 응용물리학과 교수 연구팀이 공동으로 수행했다. 김석호 버지니아대 박사, 김지연 인하대 바이오메디컬사이언스·엔지니어링 전공 박사, 부지영 인하대 화학·화학공학융합학과 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 박동혁 교수와 임혜린 교수, 최진호 미시간대 박사는 공동 교신저자를 맡았다.
박동혁 교수는 “이번 연구는 친환경 셀룰로오스 기판 위에서 빛의 유지와 이동, 에너지 전달까지 제어할 수 있음을 확인한 성과”라며 “향후 비접촉 센서와 색변환 디스플레이, 고감도 광소자 등 다양한 분야로 확장할 수 있도록 후속 연구를 이어가겠다”고 말했다.
인천=김동성 기자 estar@etnews.com
