전남대 임원빈 교수팀, 연구결과 국제학술지 표지논문 채택

임원빈 교수(오른쪽), 김윤화 연구원(왼쪽) ⓒ전남대

임원빈 교수(오른쪽), 김윤화 연구원(왼쪽) ⓒ전남대 (광주=국제뉴스) 김정란 기자 = 고온에도 빛이 줄지 않는 새로운 형광체를 개발한 전남대학교 공과대학 신소재공학부 임원빈 교수 연구팀의 연구결과가 세계적 권위의 학술지 '네이쳐 머티리얼즈(Nature Materials, IF = 38.891)' 최신호(2017년 5월) 표지 논문으로 선정됐다.

'열적 비소광 형광체(A Zero-thermal-quenching Phosphor)'라는 제목의 이 논문은 온도가 올라감에도 빛의 세기가 줄지 않는 신개념 형광체에 관한 내용으로, 향후 고출력 백색 LED 응용 가능성을 높여주고 있다.

형광체는 외부의 에너지를 받아 빛 에너지를 내는 에너지 변환 물질로, 최근 청색 LED와 함께 혼합해 백색 LED를 구현하기 위해 사용되며, 이 백색 LED는 조명 및 디스플레이를 주축으로 실생활에 다양하게 적용되고 있다.

하지만 청색 LED가 구동되면서 발생되는 열에 의해 형광체의 빛이 줄어드는 '열적 소광' 문제로 고출력 적용에 어려움이 있었다.

임원빈 교수팀은 이러한 단점을 극복하기 위한 연구를 해왔으며, 그 연구결과를 ACS Nano, ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스, 네이쳐 커뮤니케이션즈 등의 권위 있는 학술지를 통해 지속적으로 발표해왔다.

임원빈 교수 연구팀은 이번 논문을 통해 자외선 파장의 빛을 흡수해 청색 빛을 내는 새로운 형광체를 보고했다. 이 형광체는 온도가 증가하면 온도에 따라 형광체 구조 내에 존재하는 나트륨 이온의 이동에 의해 α, β, γ 상으로 변화하게 된다.

이로 인해 형광체 내부에 결함 준위를 생성하며, 이 결함 준위에서 빛 에너지로 전환될 수 있는 전자ㆍ전공 쌍을 생성하게 되고 이것에 의해 온도가 증가해 빛이 줄지 않는 현상을 나타냄을 실험과 계산을 통해 증명했다.

임 교수팀은 이 현상을 갖는 형광체를 '자가치유 형광체'라고 명명했다.

이 연구결과는 고온에서 빛이 줄어드는 형광체의 단점이 외부 코팅 등을 통하지 않고 형광체 모체 내에서도 극복될 수 있음을 보여주었으며, 고출력 LED에 적용할 때도 기존 형광체보다 안정성이 뛰어남을 입증해줬다.

임 교수 연구팀은 논문 발표 전에 형광체에 대한 국내외 원천특허도 확보했다.

특히 이번 연구성과는 김윤화 박사과정 학생(제 1저자) 등 전남대학교 연구진을 주축으로 협력해 거둔 성과여서 의미를 더한다. 이번 연구는 한국산업기술평가관리원, 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.

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