수은 없이 중파장 적외선 구현…환경·비용 문제 동시 해소
체온 미세 차이 구분…의료·산업 센서 적용 기대

수은이나 납 같은 독성 물질 없이도 열화상 카메라와 체온 감지 등에 쓰이는 적외선을 정밀하게 포착하는 기술이 국내에서 개발됐습니다. 적외선 센서의 높은 생산 비용과 환경 오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 기반이 마련됐다는 평가입니다.

한국연구재단은 고려대학교 정광섭 교수 연구팀이 중파장 적외선을 전 영역에서 감지할 수 있는 비독성 광검출 소자를 구현했다고 밝혔습니다.

중파장 적외선은 열화상 카메라와 의료용 체온 측정, 산업용 가스 분석 등에 활용되는 핵심 기술입니다. 그러나 기존 센서는 수은 등 인체 유해 물질을 포함하는 경우가 많고, 제작 과정도 복잡해 비용 부담이 컸습니다.

대안으로 나노미터 크기의 반도체 입자인 콜로이드 양자점이 주목받아 왔지만, 이 역시 수은을 포함한 소재가 주를 이뤄 바이오 및 의료 분야 적용에 한계가 있었습니다. 또 독성이 없는 텔루륨화은(Ag2Te) 양자점이 대안으로 제시됐으나, 기존 방식으로는 입자 크기를 일정 수준 이상 키울 수 없어 중파장 적외선을 감지하기에 역부족이었습니다.

연구팀은 이러한 구조적 한계를 소재 단계에서 풀어냈습니다. 독성이 없는 텔루륨화은 기반 콜로이드 양자점에 '후성장 공정'을 적용해 입자 크기를 크게 늘리고, 그동안 구현이 어려웠던 중파장 적외선 영역까지 감지 범위를 확장했습니다.

여기에 고가의 진공 장비 대신 액체 상태 소재를 활용하는 용액 공정을 적용해 생산 비용을 낮췄습니다. 대량 생산 가능성까지 확보한 셈입니다.

성능 역시 확인됐습니다. 연구진이 제작한 소자는 37도와 40도의 체온 차이를 분명하게 구별했습니다. 반응 속도는 523나노초 수준으로, 비독성 중파장 적외선 소자 가운데 최고 수준으로 평가됩니다.

정광섭 교수는 "친환경 소재인 텔루륨화은을 활용해 독성 문제없이 중파장 적외선 검출이 가능하다는 것을 입증했고, 값비싼 진공 장비 없이 생산 단가를 획기적으로 낮췄다"며 "향후 의료용 발열 모니터링 시스템, 대기 오염 가스 탐지 등 실생활과 밀착된 다양한 산업 분야의 실용화를 앞당길 것으로 기대된다"고 말했습니다.

이번 성과는 국제 학술지, 네이처 켜뮤니케이션즈( Nature Communications)에 4월 4일 자로 실렸습니다.