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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

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근적외선을 가시광선으로 변환시키는 초고효율 필름 개발 보기
제목 근적외선을 가시광선으로 변환시키는 초고효율 필름 개발
연구팀 나노포토닉스연구센터의 고형덕 박사, 권석준 박사팀 조회수 7371
파일첨부 20161017 [KIST 보도자료] 적외선을 가시광선으로 변환시키는 고효율 플리즈모닉 필름 개발_고형덕_권석준+홍보팀 V6.hwp  
근적외선*을 가시광선으로 변환시키는 초고효율
필름 개발


- 간단한 공정과 저비용으로 초고효율 나노플라즈모닉 필름 개발
- 센서, 고효율 태양전지 등 IoT분야에서 광범위하게 활용
*근적외선 : 적외선 중 파장이 가장 짧은 것


한국과학기술연구원 (KIST, 원장: 이병권) 나노포토닉스연구센터의 고형덕 박사, 권석준 박사로 구성된 공동연구팀은, 매우 높은 효율로 근적외선을 가시광선으로 변환시킬 수 있는 플라즈모닉 나노구조체*를 개발하였다. 
*플라즈모닉 나노구조체 : 금속 표면에 자유전자가 집단적으로 진동하여 발생하는 전자기파를 생성시킬 수 있는 금속/유전체로 구성된 나노 구조체

낮은 에너지의 적외선 광자가 높은 에너지의 가시광선 광자로 변환되는 상향변환 (Upconversion) 발광은, 태양전지, 광검지기*, 바이오 이미징 등 광범위한 응용 가능성이 높을 것으로 기대되어 왔으나, 현재까지는 변환 효율이 매우 낮다는 문제점으로 인해 그 적용에 제한이 있었다.
*광검지기 : 광 신호를 전기 신호로 변환시켜서 그 신호를 검출할 수 있는 소자

연구팀은 비주기적으로 배열된 플라즈모닉 금속 나노구조체를 이용하여, 기존의 상향변환 강도를 최대 1,300배 이상 증폭시킬 수 있음을 확인하였고, 이를 이용하여 기존 방식과 차별화된 근적외선 광검지기까지 개발하는데 성공하였다. 해당 기술은 정밀한 반도체 패터닝 공정을 거치지 않고도, 상대적으로 낮은 비용과 대면적에 상향변환 기능성 필름 제작이 가능하다는 장점으로 인해 다양한 분야에 대한 응용이 용이해질 것으로 기대되고 있다.

이번 연구를 통해 고형덕 박사는 “매우 간단한 공정으로도 근적외선 변환효율을 극대화시켰다는 점에서 의미가 있는 연구이며, 이러한 근적외선 변환기술을 활용하면, 향후 안개-미세먼지 등의 저시야 환경에서도 뚜렷한 사물 관찰이 가능한 카메라 이미지 센서, 3차원 위치 분석 이미징 센서 등에 적용이 가능하며, 태양전지의 효율 향상에도 기여할 수 있을 것이다” 라고 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부(전담기관: 한국연구재단) 미래유망융합기술 파이오니어사업 스펙트럼제어 융합연구단(단장: 한일기 박사/KIST) 및 산업통상자원부(전담기관: 한국에너지기술평가원)의 에너지기술개발사업, 그리고 한국과학기술연구원 기관고유사업 지원을 통해 수행되었다. 연구결과는 재료공학분야 국제저명학술지인 Advanced Materials紙(IF:18.960) 9월 28일자 전면 표지 논문으로 선정되어 게재되었다.


<그림설명>

근적외선*을 가시광선으로 변환시키는 고효율 나노플라즈모닉 필름의 개요도

비주기적인 금속 나노 입자 (AgNP) 와 금속 필름(Ag film) 사이에 나노형광체 (UCNP)를 위치하여 근적외선으로부터 가시광선으로 광변환효율이 증가함.

<그림 1> 근적외선*을 가시광선으로 변환시키는 고효율 나노플라즈모닉 필름의 개요도 (상) 및 TEM 단면 사진  (하)  비주기적인 금속 나노 입자 (AgNP) 와 금속 필름(Ag film) 사이에 나노형광체 (UCNP)를 위치하여 근적외선으로부터 가시광선으로 광변환효율이 증가함.

 적외선을 플라즈모닉 나노구조체(MIUIM)를 포함한 다양한 샘플에 조사하였을때의 PL 세기 비교

<그림 2> 적외선을 플라즈모닉 나노구조체(MIUIM)를 포함한 다양한 샘플에 조사하였을때의 PL 세기 비교 (좌) 및 기준시료 대비 플라즈모닉 나노구조체에 의한 PL 세기 증대비 (우) 적외선을 조사하였 때, 가시광선 발광세기가 최대 1300 배 증가하였음을 확인함.

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