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태양광 산업 혁신 예고…낮은 빛 흡수해 더 큰 에너지로 방출

2021-01-14기사 편집 2021-01-14 13:44:54      장진웅 기자 woong8531@daejonilbo.com

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화학연, 빛 연쇄증폭반응 '광사태 현상' 발견
태양광 발전서 버려지는 영역도 활용 가능해

첨부사진1한국화학연구원과 미국·폴란드 공동연구팀이 빛 연쇄 증폭 반응을 일으키는 나노 입자를 세계 최초로 발견했다. 이번 현상은 나노 입자가 마치 빛이 눈사태를 일으키는 모습과 비슷하다는 점에 착안해 광사태 현상이라고 이름 붙여졌다. 사진은 관련 논문이 실린 네이처지 표지. 사진=한국화학연구원 제공


태양광 등 미래 산업 분야의 혁신이 예고된다. 에너지 전환 효율이 떨어지는 빛을 흡수해 더 큰 빛 에너지로 방출시키는 현상이 국내 연구진에 의해 발견됐기 때문이다. 빛 연쇄 증폭 반응을 일으키는 나노 입자를 세계 최초로 찾아낸 것인데, 태양광 분야뿐 아니라 바이오 의료 분야 등 각광받고 있는 다양한 분야에서 활용될 전망이다.

14일 한국화학연구원에 따르면 서영덕·남상환 박사 연구팀은 미국·폴란드 연구팀과 공동연구에서 나노 물질에 낮은 빛 에너지를 쏘면 물질 내에서 빛 연쇄 증폭 반응이 일어나 더 높은 빛 에너지를 대량 방출하는 '광사태 현상'을 발견했다. 광사태 현상이란 빛 연쇄 증폭 반응을 일으키는 나노 입자가 마치 빛이 눈사태를 일으키는 모습과 비슷하다는 점에 착안해 연구진에 의해 붙여진 이름이다.

광사태 현상은 대부분의 물질에서 일어나는 '하향 변환'에 반대되는 '상향 변환'의 성격을 띤다. 일반적으로 나노 물질은 빛 에너지를 흡수하면 일부가 열에너지로 소모된 뒤 나머지가 처음 흡수한 빛보다 낮은 에너지 빛으로 방출시킨다. 그러나 광사태 현상은 낮은 에너지의 빛을 흡수해 더 높은 에너지 빛으로 방출한다는 게 다른 점이다.

특히 낮은 광원 에너지의 적외선을 사용할 수 있어 측정하려는 시료를 제외한 이물질에 빛이 잘 도달하지 않아 불필요한 신호가 적고 낮은 시료의 손상도 주지 않는다. 또한 기존 상향 변환 나노 물질 광효율(들어간 빛 양 대비 나온 빛 양)이 1% 이하로 매우 낮은 데 반면, 이번 나노 물질은 광효율이 40%까지 올라간다. 태양광 산업을 비롯해 차세대 바이오 의료 기술이나 신재생 에너지 기술 등에서 쓰일 것으로 기대받는 이유다.

연구팀 관계자는 "광사태 나노 입자에 레이저 포인터 수준의 약한 빛만 쪼여줘도 매우 높은 에너지 수준의 빛을 방출할 수 있다"며 "이 현상을 통해 빛으로 보기 힘든 매우 작은 물질인 70㎚ 크기 물질을 관측하는 데 성공했다"고 말했다.

연구팀은 광사태 나노 입자를 활용해 태양 전지 효율을 높이는 응용 연구에 나서는 한편, 비롯해 체외 진단용 바이오 메디컬 기술, 체내 삽입용 마이크로 레이저 기술 등으로 발전시킬 계획이다.

연구를 이끈 화학연 서영덕 박사는 "이번 연구 성과는 빛을 활용한 모든 산업과 기술에 쓰일 수 있어 향후 미래 신기술로 활용될 가능성이 크다"며 "바이오 의료, 자율주행자동차, 인공위성 등 첨단 사물인터넷 분야, 광유전학 연구, 광촉매 등의 포토스위칭 기술 분야 등 폭넓게 활용될 수 있다"고 소개했다. 장진웅 기자



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