[과학]청화대학, 희토류에 '외피 입혀' 발광 기술서 새 돌파

일전, 청화대학에 의하면 본 학교 심수국제연구생원의 한삼양 부교수팀은 흑룡강대학, 싱가포르국립대학 연구진과 공동으로 희토류 나노립자를 위한 독특한 ‘에너지 전환 외피(能量转换外衣)’를 설계해 에너지를 효률적으로 전달함으로써 현대 광전자 기술에서의 산업화 적용을 가로막던 핵심 장애를 극복했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 ‘전기 생성 엑시톤(激子) 포집(捕获)을 통한 조정 가능한 희토류 나노립자 전계발광(电致发光)’이란 제목으로 국제 학술지 《네이처》에 온라인 게재되였다.

희토류 나노립자는 발광 색상 조절이 가능하고 스펙트럼 선폭(谱线)이 좁으며 안정성이 높은 장점으로 인해 전계발광 분야의 ‘유력 주자(潜力股)’로 꼽혀왔다. 하지만 이 소재의 절연 특성 때문에 전류를 직접 주입할 수 없어 반도체 소재처럼 전류로 직접 효률적으로 발광할 수 없었으며 LED(发光二极管·발광 다이오드), OLED(有机发光二极管·유기발광다이오드) 등 현대 직류 전계발광 소자에 적용하기 어려운 ‘패딩 입고 달리기’ 같은 기술적 난관에 부딪혀 있었다.

공동 연구팀은 이러한 핵심 난제를 해결하기 위해 유기―무기 혼합 전략을 창의적으로 제안했다. 표면 개질(修饰)을 통해 희토류 나노립자에 ‘에너지 전환 외피’를 입힌 것으로 이 ‘외피’는 에너지 준위 구조(能级结构)를 정밀하게 제어하여 엑시톤 에너지를 희토류 이온 발광체에 효률적으로 전달함으로써 전계발광에서의 엑시톤 생성, 수송, 주입이라는 핵심 과제를 성공적으로 해결했다. 그 결과 고색(高色) 순도와 스펙트럼(光谱) 조절이 가능한 고효률 전계발광을 구현하는 데 성공했다.

한삼양팀은 이미 2020년 《네이처》에 희토류 소재의 광발광(光致发光) 관련성과를 발표한 바 있다. 이번 연구는 광 구동(光驱动)에서 전기 구동(电驱动)으로 이어지는 완전한 기술 사슬을 구축했다. 해당 성과는 소자 구조를 대폭 변경할 필요 없이 희토류 이온 조절만으로도 다양한 색상 발광을 실현할 수 있어 고해상도 디스플레이(高分辨率显示), 근적외선 기술 등 분야에서 응용 가능성이 크며 앞으로 인체 건강 감측, 비침습 검사(无创检测), 농작물 생장 보조 조명(农作物补光) 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다.

/신화넷

编辑：최화