황 이용한 고성능 적외선 광학소재 개발

차국헌 교수팀, 유기물 첨가해 플라스틱 소재 대비 적외선ㆍ투과율 높여

차국헌 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 참여한 국제공동연구팀이 황을 이용해 고성능 적외선 광학소재를 개발했다.

미래창조과학부는 차국헌 서울대 화학생물공학부 교수와 제프리 편 미국 아리조나대 화학과 교수 연구팀 등이 참여한 국제 공동연구팀이 저렴한 황을 주원료로 이용한 고성능 적외선 렌즈용 플라스틱 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

연구는 기존의 비싸고 가공이 어려운 물질을 대체하고 성능을 개선하면 차세대 스마트폰에 탑재될 수 있는 적외선 센서, 카메라, 조명 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

황은 석유 정제과정에서 연간 700만 톤 이상 배출돼 가격이 싸지만 가공성이 좋지 않아 활용가치가 낮지만 적외선을 잘 투과시키고 빛의 방향을 잘 변화시키는 우수한 광학적 특성이 있어 가공성을 개선시켜 적외선 렌즈로 활용할 수 있다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업 등의 지원으로 수행돼 연구결과는 어드밴스드 머터리얼스 지난달 21일자 온라인 판에 게재됐다.

기존 적외선 렌즈에 주로 사용하는 무기재료는 비싸고 가공이 어렵다는 단점이 있었지만 플라스틱은 가공성이 우수하나 적외선 영역에서 빛이 물질을 투과하면서 방향이 변하는 굴절률이나 투과율 등 광학적 특성이 좋지 않아 활용에 한계가 있었다.

연구팀은 광학적 특성이 뛰어난 황에 유기물질을 첨가하고 가공성을 개선해 플라스틱처럼 자유자재로 모양을 만들 수 있으면서 굴절률과 투과율이 뛰어난 황 기반 광학소재를 개발했다.

이 소재는 황을 이용한 경제적인 광학소재로 사람을 비롯한 열을 가진 물체가 방출하는 적외선 영역에서 광학적 특성이 뛰어나 체온을 감지하는 적외선 센서나 어두운 밤에 촬영가능한 적외선 카메라 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 광학소재로 만든 광학렌즈로 적외선 영상을 촬영한 결과 기존 플라스틱 렌즈에 비해 초점거리가 짧으면서도 훨씬 선명한 열이미지를 얻어냈다.

황 기반 신소재는 굴절률은 n~1.5이고 적외선 투과율은 보통 40~60% 정도인 기존 플라스틱 물질보다 n ~1.8 이상 높은 굴절률과 85% 이상 적외선 투과율을 보였다.

차 교수는 “황은 뛰어난 광학적 특성을 지니고 있고 저렴하지만 가공해 활용하기 쉽지 않았지만 이번 연구는 단순한 방법으로 가공성을 크게 개선해 고성능 적외선 광학렌즈로 활용한 것”이라고 밝혔다.

일반 플라스틱 렌즈(왼쪽)와 황 함유 플라스틱 렌즈(오른쪽)의 적외선 촬영 성능, 황 80wt% 함유 플라스틱 렌즈를 사용한 적외선(3000~5000 nm) 카메라의 인물 사진으로 일반 플라스틱 렌즈에 비해 선명도가 향상된 것을 볼 수 있다