[아이뉴스24 최상국 기자] 일반적으로 물질이 빛 에너지를 흡수 할 때 일부는 열 에너지로 소비되고 나머지는 첫 번째 흡수 된 빛보다 적은 에너지로 방출됩니다. 그러나 일부 요소에는 흡수 된 빛보다 더 큰 에너지의 빛을 방출하는 ‘상향 변환’도 있습니다.
작은 에너지의 2 개의 광자가 큰 에너지의 1 개의 광자에 결합되고, 긴 파장의 빛은 짧은 파장의 빛으로 변환되어 출력되는 현상입니다. 근적외선을 흡수하는 물질이 가시 광선을 방출하면 눈으로 볼 수 없었던 부분을 볼 수 있고, 큰 에너지로 인한 손상없이 깨지기 쉬운 물질을 관찰 할 수 있습니다.
그러나 지금까지 발견 된 상향 변환 나노 물질은 광 변환 효율이 1 % 미만으로 매우 낮아 이론적 장점에도 불구하고 상용화되지 못하고있다. 1 %의 광 변환 효율은 흡수 된 빛 입자 (광자)의 1 %만이 더 큰 에너지의 빛으로 증폭된다는 것을 의미합니다.
한국 화학 연구원 서영덕 · 남상환 연구팀은 세계 최초의 ‘광자 눈사태’를 발견했는데, 이는 물질 내 빛의 사슬 증폭 반응을 일으켜 많은 양의 빛 에너지를 방출한다. 소량의 빛 에너지가 나노 물질에 적용됩니다. 14 일 발표됐다.
한 · 미 · 폴란드 연구자들이 공동으로 참여한 이번 연구는 네이처의 표지 지로 14 일 출간됐다. (논문 제목 : 광자 눈사태 나노 입자의 거대 비선형 광학 반응)
빛 눈사태 나노 입자라는 이름은 연구팀에서 새로 부여했습니다. 연구팀은 광 사슬 증폭 반응을 일으키는 나노 입자의 이름이 눈사태를 일으키는 빛의 출현과 유사하기 때문에 명명되었다고 설명했다. 빛 입자는 하나씩 증폭되는 대신 눈덩이처럼 기하 급수적으로 팽창합니다.
연구팀이 세계 최초로 발견 한 나노 입자는 특정 원자 격자 구조 (코어-쉘 구조)에서 ‘툴륨 (Tm)’이라는 원소와 혁신적인 ‘up-conversion 나노 물질 (UCNP)’로 합성되었습니다. 40 %의 광 변환 효율. UpConversion 나노 입자) ‘. 전보다 40 배 높은 광 변환 효율입니다.
서영덕 박사는 “두 개의 광자가 하나로 결합되어 더 큰 에너지의 빛을 생성하는 것이 원리이기 때문에 이론적으로 달성 가능한 최대 광 변환 효율은 50 %”라고 설명했다.
이러한 현상으로 인해 레이저 포인터에 필적하는 약한 강도의 빛을 눈사태 나노 입자에 조사하여도 매우 강한 빛을 방출 할 수 있습니다. 이 새로운 현상의 발견을 통해 연구팀은 빛으로보기 어려운 25nm 크기의 매우 작은 물질을 고해상도로 관찰하는 데 성공했고 그 결과를 논문에 발표했습니다. (가시 광선 파장 (400 나노 미터 미만)보다 작은 물질을 고해상도로 촬영하는 나노 스코피 이미징은 2014 년 노벨 화학상을 수상한 분야입니다.이 연구는 초 고해상도 나노 스코피 이미징을 구현 한 결과입니다. 간단히.)
고효율로 빛을 상향 변환하는 ‘포토 슬라이드 나노 입자’는 바이러스 진단 등의 생물 의학 분야, 자율 주행 차 등 첨단 IoT 분야, 태양 전지 등 신 재생 에너지 분야에서 널리 사용될 수있다. 광원으로 작은 에너지의 적외선을 사용하면 측정하고자하는 시료를 제외하고는 빛이 이물질에 닿지 않아 노이즈가 적고 에너지를 적게 사용하기 때문에 시료에 손상을주지 않습니다.
특히이 기술을 태양 전지에 적용하면 빛을 흡수 할 수있는 파장대를 넓혀 효율을 높일 수있을 것으로 기대된다. 현재 화학연은 세계 최고 효율을 달성 한 페 로브 스카이 트 태양 전지 연구팀을두고있다. 페 로브 스카이 트는 실리콘보다 저렴하지만 빛을 흡수 할 수있는 좁은 파장 대역으로 인해 광전 효율 측면에서 실리콘을 극복 할 수 없다.
서영덕 박사는 “물론 화학 연구 페 로브 스카이 트 태양 전지 연구팀과 함께 배터리 효율을 높이기위한 응용 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 광 센서 응용 기술, 화학 요법, 피부 미용 등에 사용되는 체내 이식 용 마이크로 레이저 기술로 발전 할 계획이다. “
한편,이 연구의 공동 교신 저자 인 서영덕 박사와 미국 컬럼비아 대학의 제임스 셩 교수는 최근 세계적으로 유명한 고든 컨퍼런스에서 상향 변환 나노 입자 분야의 첫 번째 컨퍼런스를 열었습니다. 올해 6 월 말 미국에서 첫 번째 컨퍼런스를 개최했습니다. 나는 그것을 할 것입니다.
이번 연구는 한국 화학 연구원의 연구 과제, 강 소형, 한국 연구 재단의 글로벌 연구소 (GRL) 지원 사업, 산업 자원부 산업 기술 혁신 사업의 지원을 받았다.
-공동 교신 저자 : 서영덕 화학 연구소 선임 연구원 (한국), 미국 컬럼비아 대학교 P. James Schuck 교수 등-단독 1 차 저자 : 이창환 박사 . 컬럼비아 대학교 학생 (2020 년 5 월) ~ 8 월 한국 화학 연구원 방문 연구원-공동 저자 : 남상환, 화학 연구소 선임 연구원
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