표면 플라즈몬 활성으로 형광체 발광성질 향상

국내 연구진이 금 나노입자를 이용해 발광소재, 태양전지, 바이오센싱, 생체분자영상 등에 쓰이는 형광체의 발광효율을 약 4배 가량 높일 수 있는 나노구조체를 개발했다.

미래창조과학부는 이화여대 화학나노과학과 김동하 교수가 주도하고 사지 토마스 코츄비두 박사가 참여한 이번 연구가 네이처 자매지 사이언티픽 리포트에 게재됐다고 6일 밝혔다. 이 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 지원으로 수행됐다.

금 나노입자가 빛과 만날 때 나타나는 표면플라즈몬 공명을 이용하면 형광체의 발광효율을 크게 높일 수 있다. 형광체와 금 나노입자로 구성된 복합체 발광성질에 대한 연구가 기존에도 있지만 금 나노입자와 주개(donor) 형광체 사이 간격을 제어해 형광 효율을 제한적으로 향상시키는 데 그쳤다.

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.

이는 에너지전이 효율을 높여 발광효율을 향상시키는 방식으로 향후 발광체가 이용되는 디스플레이, 생화학 센서, 태양전지 등 다양한 분야의 연구에 기여할 것으로 전망된다.

연구 핵심은 실리카 층의 두께 조절로 형광체와 금 나노입자 사이의 간격과 주개-받개 형광체의 간격을 동시에 정밀하게 제어한 데 있다. 특히 이미 생체분자 이미징 등에 쓰이고 있는 양자점과 염료(dye)의 조합으로 구성된 형광체를 이용한 것이어서 관련 후속연구가 이어질 것으로 보인다.

아울러 소재 형상과 조성을 최적화할 경우 용도에 따른 맞춤형 소재 개발에도 기여할 수 있다.