국내 연구진이 기존 양자점 광센서의 성능을 뛰어넘는 친환경 양자점 광센서를 개발했다. 또 이를 활용한 웨어러블 맥박 센서도 선보였다.
대구경북과학기술원(DGIST) 양지웅 에너지공학과 교수연구팀과 울산과학기술원(UNIST) 최문기 교수팀, 서울대학교 김대형 교수팀은 외부전원이 필요없는 '친환경 양자점 광센서'를 개발했다고 7일 밝혔다. 이 기술은 광전압 효과에 의해 별도 전원없이도 안정적으로 광신호를 측정할 수 있다.
최근 장시간 몸에 부착해서 생체신호를 획득할 수 있는 헬스케어 모니터링 시스템에 대한 수요가 커지고 있는 가운데 양자점 기술을 활용한 광센서가 큰 주목을 받고 있다. 양자점은 크기가 수 나노미터(㎚)에 불과한 초미세 반도체 입자로, 기존 반도체 소재보다 우수한 광학적·전기적 특성을 띠고 있어 다양한 활용이 가능하다. 특히 광센서로 활용하면 응답시간이 빠르다는 장점을 가지고 있어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 기존 양자점 광센서는 주로 수 마이크로미터(㎛) 이상의 두꺼운 두께를 가지고 있고, 대부분의 연구가 독성이 있는 황화납(PbS)과 같은 물질을 활용하고 있기에 웨어러블 광센서로 실생활에 활용이 불가능했다. 이같은 한계를 극복하기 위해 중금속을 제외한 친환경 양자점 연구도 진행됐으나 독성 양자점에 비해 성능이 떨어졌다.
이에 공동연구팀은 구리-인듐-셀레나이드(Cu-In-Se)의 친환경 양자점의 크기·조성을 제어해 전기적 특성을 향상시키고 친환경 양자점에 적합한 유·무기 하이브리드 전하전달층을 새롭게 개발해 기존 독성 양자점 광센서의 성능을 뛰어넘는 친환경 양자점 광센서를 제작했다.
연구팀이 제작한 친환경 양자점 광센서는 약 40㎚의 양자점 흡광층으로도 높은 소자 성능을 나타내고 외부 전원 없이 우수한 광검출 성능을 보여 웨어러블 광센서 응용 및 활용에 큰 장점을 가지고 있다.
또 새롭게 개발된 광센서를 활용한 웨어러블 맥박 센서도 선보였다. 고분자 기반의 유연 기판 위에 제작된 광센서를 광원과 결합했는데, 해당 센서는 0.5밀리미터(㎜)의 곡률반경에서도 안정적으로 구동할 수 있는 유연성을 가지고 있어서 인체 부착 후 걷거나 뛰는 등 움직임이 있는 여러 상황에서도 안정적인 맥박 측정이 가능했다. 곡률반경이란 휘어진 곡선을 이루는 원의 반지름으로 곡률반경이 작을수록 크게 휘었다는 뜻이다.
최문기 교수는 "외부전원이 필요없는 친환경 양자점 광센서를 이용해 높은 유연성을 가진 초박막 맥박 센서를 제작할 수 있었다"며 "웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템뿐만 아니라 라이다, 적외선 카메라 등의 다양한 차세대 광센서 응용에 잠재적으로 응용이 가능할 것으로 보인다"고 말했다.
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