국내 연구팀, 민감도 뛰어난 '나노레이저 압력센서' 개발

 

아주경제 신희강 기자 =국내 연구팀이 유연한 나노레이저에 미세한 압력이 가해지면 레이저의 색깔(파장)이 변화하고, 이를 이용하여 민감도가 뛰어난 신규 압력 센서 등을 세계 최초로 개발했다.

23일 미래창조과학부에 따르면 박홍규 교수 연구팀(고려대)은 높은 민감도와 큰 압력 변화에 대한 측정이 가능하도록 나노 레이저를 이용한 새로운 압력 센서를 개발했다.

박 연구팀은 못과 같은 모양이 반복적으로 배열되어 있는 광결정 구조를 플렉서블 기판에 넣어서 유연한 광결정 나노레이저를 제작했다. 레이저 구조를 잡아당기거나 압축하는 등 외부 압력을 가하면 레이저 파장이 변하는 새로운 형태의 나노레이저이다.

광결정 레이저는 광결정 구조의 격자 주기에 의해 레이저 파장이 결정된다. 외부 압력에 따라 광결정의 격자 주기가 변하고 따라서 레이저 파장이 변하게 되는데, 이러한 원리를 이용하면 구조에 가해지는 압력이나 구조의 변화를 측정할 수 있다. 특히 레이저는 파장의 선폭이 매우 좁아서 파장의 변화를 민감하게 감지할 수 있기 때문에 센서로서의 활용도가 높다.

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박 연구팀은 미세한 구조 변화에 따라 광결정 레이저 파장이 얼마나 바뀌는지를 체계적으로 측정하는 실험을 수행했다. 광결정 구조를 조금씩 변화시키며 레이저 구동의 안정적인 동작을 실험적으로 확인하는 등 압력이 가해지는 방향을 시각적으로 실험했다.

박 연구팀은 이 같은 연구과정을 통해 나노레이저를 이용한 새로운 압력 센서를 개발했다. 외부 압력에 따라 레이저의 파장이 변하는 이 압력 센서는 기존 전자소자 기반의 센서에서 나타나는 문제를 해결하여, 구조가 0.5% 미만으로 변해도 측정할 수 있을만큼 민감도가 뛰어나다. 아울러 전체 구조 변화가 20%까지 되어도 측정이 가능한 넓은 측정 범위를 갖는다.

박 연구팀은 이 압력 센서를 이용해 액체의 산도(pH)를 측정할 수 있는 새로운 방법 또한 개발했다. 액체의 산도에 반응하여 부피가 바뀌는 하이드로겔을 압력 센서에 부착, 광학적으로 산도를 감지할 수 있는 화학 센서를 구현한 것이다.

박 교수는 "이번 연구는 다리와 같은 큰 건축물의 구조 변화에서부터 생체 내부의 화학 반응을 감지할 수 있는 초소형 바이오 센서에까지 널리 응용될 수 있다"며 "또한 세포의 화학적 성분이나 모양 변화를 민감하게 검출 할 수도 있어 향후 몸 속 암세포의 유무 등을 정확하게 확인할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 미래부 기초연구사업(개인연구)지원으로 수행됐다. 이는 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 12일자에 게재됐다.