한양대, 스트레스를 빛으로 변환하는 미케노발광 플랫폼 혁신

왼쪽부터 최효성 교수, 정홍인 박사, 정혜성 석사 (사진=한양대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]문효민 인턴 기자 = 한양대(총장 이기정)는 최효성 화학과 교수 연구팀이 최근 표면개질을 통한 미케노발광(ML) 플랫폼 성능을 획기적으로 향상시키는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

이 연구는 전력 공급 없이 외부 자극(압력·진동·인장·움직임 등)에 감응해 발광하는 미케노발광 소재를 활용한 스마트 웨어러블 섬유 센서 및 의료 보조시스템 분야에서 기존의 밝기 한계를 효율적으로 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 열었다고 한양대는 설명했다.

기존의 미케노발광 소재는 실용화를 위해 밝기 향상이 필수적이다.

이를 해결하기 위해 기존 연구들은 발광체의 결정 특성을 변형하거나 외부 자극에 민감하게 반응하는 구조적 변화를 통해 휘도를 높이고자 했다.

또한, 새로운 고분자 매트릭스를 도입하거나 발광체와 고분자 계면의 마찰전기 특성을 조정하는 방식으로 성능 개선을 시도해 왔다.

그러나 이러한 방식들은 구조적 복잡성을 유발하거나 강한 외부 자극을 필요로 한다는 한계가 있었다.

본 연구에서는 이러한 한계점들을 극복하면서 내부 마찰전기장을 강화해 미케노발광 밝기를 향상시키는 데 성공했다.

특히, 형광체 표면을 직접 엔지니어링하여 밝기를 효율적으로 증대시킨 첫 사례다.

최 교수 연구팀은 발광체와 고분자 매트릭스를 기반으로 하는 자가 회복형 미케노발광 플랫폼에 주목했다.

기존의 미케노발광 플랫폼 성능을 크게 개선하기 위해 연구팀은 발광체 표면을 벤조산 유도체로 화학적 기능화해 내부의 마찰전기장을 증대하는 혁신적인 표면개질 기술을 개발했다.

이 과정에서 연구팀은 다양한 유도체의 쌍극자 모멘트에 따라 금속산화물 쉘의 표면 전하 밀도가 조절되고 이를 통해 미케노발광 플랫폼의 내부마찰전기장이 증대됨을 확인했다.

아미노벤조산(ABA)을 발광체 표면에 도입한 경우 미케노발광 밝기를 기존 ML 플랫폼 시스템에 비해 최대 27.4%까지 증가시키는 성과를 달성했다.

이러한 표면개질 방법은 간단하면서도 미케노발광 밝기를 조절해 위조 방지에 활용하는 새로운 기술을 제안했다.

아미노벤조산(ABA) 표면개질 필름은 강한 빛을 내어 밝은 패턴을 만들고 플루오로설포닐 벤조산(FSBA) 표면개질 필름은 약한 빛을 내 어두운 패턴을 형성하게 제어할 수 있다.

이 차이를 통해 뚜렷한 패턴을 만들어 위조 방지에 적용했다.

이 필름에 외부 자극을 인가할 경우 ABA와 FSBA 표면개질된 패턴의 밝기 차이가 더 뚜렷하게 나타나며, 숨겨진 패턴이 쉽게 눈에 띄게 된다.

이는 특별한 장비 없이 단순 스트레칭 하에서 육안으로 확인할 수 있는 위조 방지 기술로 응용할 수 있다.

이 기술은 기존의 위조 방지 방식이 주로 다른 색의 빛을 내는 재료를 이용해 구별하는 것과 달리, 같은 색의 빛을 내면서도 밝기 차이로 구별할 수 있다는 장점이 있다.

간단한 위조 방지 기술로 다양한 분야에서 활용될 수 있고 나아가 위조 방지 및 웨어러블 디스플레이 같은 다양한 산업 분야에서의 혁신적인 응용을 촉진할 것이라고 전망했다.

최효성 교수는 "이번 연구는 간단한 표면개질 방식으로 ML 플랫폼의 내부 마찰전기장을 극대화함으로써 휘도를 효율적으로 향상시킨 사례"이며 "해당 기술은 기존 약한 밝기를 갖는 스마트 웨어러블 센서 및 의료 보조시스템, 위조 방지 센서 분야가 상용화에 더 가까워지기 위한 핵심 기술이 되기를 기대한다"고 밝혔다.

한국연구재단의 중견연구자지원사업, 나노·소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 재료과학 분야 세계적 권위 학술지인 'Materials Today' 22일 자에 게재됐다.

해당 논문 'Interfacial dipole moment engineering in self-recoverable mechanoluminescent platform'은 정홍인 한양대 박사와 정혜성 석사가 제1저자로 참여하고, 최효성 교수가 교신저자로 참여했다.

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