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가시광 흡수 잘하는 산화물 나노튜브 개발

아주대 서형탁·한양대 전형탁 교수 연구팀

(서울=연합뉴스) 최인영 기자 = 빛 에너지를 전기에너지나 화학에너지로 바꾸거나 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 '광기능성 소자'는 원하는 파장의 빛을 흡수하거나 방출하는 것이 핵심 성질이다.

최근에는 반도체 특성이 있는 나노산화물을 광기능성 소자로 개발하는 연구가 활발히 진행 중이다. 이런 나노산화물은 표면적을 넓히는 데는 유리하지만, 가시광 영역의 빛을 잘 흡수하지 못하는 경우가 많다는 한계가 있다.

미래창조과학부는 국내 연구진이 가시광 흡수율을 기존보다 3배 이상 개선한 산화물 나노튜브를 개발했다고 21일 밝혔다. 이 연구는 아주대 서형탁 교수팀과 한양대 전형탁 교수팀이 공동으로 수행했다.

연구팀이 개발한 나노튜브는 가시광을 수월하게 흡수·방출할 수 있어 태양전지나 태양광 촉매제, 광센서 등에 쓰이는 광기능성 소자로 이용될 것으로 기대된다.

나노산화물의 가시광 흡수율을 높이려고 연구자들이 주로 사용한 방법은 옅은 농도의 불순물을 주입해 전자구조를 개선하는 것이다. 하지만, 이런 '도핑' 작업은 원하는 위치에 균일하게 불순물을 넣기 어려운 것이 단점이다.

연구팀은 나노튜브 표면 바로 아래 격자에 불순물 탄소를 균일하게 주입해서 가시광 흡수율을 약 350% 높인 이산화티타늄 나노튜브를 합성하는 데 성공했다. 이 정도의 흡수율 증대는 지금까지 보고된 산화물 주입 효과 중에 최고 수준이다.

이 나노튜브는 기존에 보이지 않던 가시광 영역의 빛을 방출하는 효과도 관찰됐다.

연구팀은 "30분 이내의 짧은 시간 동안 고온 열처리하는 공정으로 나노튜브의 표면 불순물을 제거하는 동시에 표면 하부에 탄소를 균일하게 도핑하는 기술을 사용했다"며 "태양광 흡수가 필요한 다양한 에너지 소자에 활용될 것"이라고 기대했다.

이 연구는 미래부와 한국연구재단의 신진연구자지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원을 받았으며, 지난 13일 물리화학분야 권위지인 '저널 오브 피지컬 케미스트리 C'지 온라인판에 게재됐다.

abbie@yna.co.krㅑ

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2013/08/21 17:17 송고

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