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

이화여대 화학나노과학과 김동하 교수는 사지 토머스 코츄비두 박사가 1저자로 참여한 연구를 주도해 이같은 성과를 냈다고 미래창조과학부가 6일 밝혔다.

연구팀은 금 나노입자가 빛과 만날 때 나타나는 ‘표면 플라즈몬 공명’으로 형광체의 발광효율을 크게 높일 수 있다는 점을 이용했다. 표면플라즈몬 공명은 금속 표면에 있는 전자들의 집단적인 진동이 만드는 공명 현상이다. 형광 효율을 높이는 기존 연구에서는 금 나노입자와 주개(donor) 형광체 사이의 간격을 제어하는 방법이 사용됐다. 주개는 들뜬 형광분자 사이에서 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 주는 역할을 하는 형광체를 의미한다.

반면 연구팀은 주개와 받개(acceoptor)로 이뤄진 형광체쌍을 껍질로, 금 나노입자를 내부의 핵으로 하고, 이들 사이를 2개의 실리카 층으로 채운 나노구조체를 만들었다. 받개는 들뜬 형광분자 사이에 에너지 전이가 일어날 때 에너지를 받는 형광체다. 이 나노구조체는 형광체와 금 나노입자 사이의 표면 플라즈몬 에너지 전이 효율과 주개-받개 형광체간 형광공명 에너지 전이(FRET) 효율을 동시에 높이는 것으로 확인됐다.

이번 연구의 핵심은 실리카 층의 두께를 조절함으로써 형광체와 금 나노입자 사이의 간격과 주개-받개 형광체의 간격을 동시에 정밀하게 제어하는 것이다.

에너지 전이 효율을 높여 발광효율을 높이는 이 방식은 앞으로 발광체가 적용되는 디스플레이, 생화학 센서, 태양전지 등 분야 연구 발달에 도움을 줄 것으로 기대된다.