[쿠키과학] "독성 없는 적외선 센서"… 고려대, '수은·납' 없이 중파장 적외선 검출

텔루륨화은 양자점 ‘후성장 공정’으로 한계 돌파
3~5μm 전 대역 감지, 열화상·체온·가스 분석 활용
37~40℃ 체온 차이 정밀 구별
진공장비 없이 제작, 생산단가 절감 기대

승인 2026-04-21 17:58:28

텔루륨화은 양자점 광검출 소자의 중파장 적외선 감지 파장 확장 및 열화상 이미징. 양자점 크기를 키우면 감지 파장이 단파장에서 중파장 적외선(최대 6.9μm)까지 확장되며, 반응 시간 조절만으로 이를 정밀 제어할 수 있음을 확인했다. 또한 해당 소자로 열화상 이미징에 성공해 비독성 소재로도 실제 적외선 영상 구현이 가능함을 입증했다. 한국연구재단

독성 물질인 수은이나 납 없이도 열화상 카메라와 체온 감지에 필수인 중파장 적외선을 감지하는 차세대 광검출 소자가 개발됐다.

이에 따라 기존 적외선 센서의 높은 비용과 환경오염 문제를 동시에 해결하는 전환점이 될 전망이다.

한국연구재단은 고려대 정광섭 교수팀이 단파장 적외선 영역에 머물렀던 ‘텔루륨화은 콜로이드 양자점(CQD)’ 입자 크기를 획기적으로 키우는 후성장 공정으로 중파장 적외선(MWIR) 전 대역을 검출하는 비독성 광검출 소자를 구현했다고 21일 밝혔다.

MWIR은 3~5㎛ 범위 적외선으로, 열화상 카메라, 체온 감지, 가스 분석 등에 활용하는 영역이다.

현재 상용화된 소자는 대부분 수은 같은 유해 독성 소재를 포함한다. 또 제작 과정에서 고가 진공장비가 필수여서 대량 생산과 일반 소비자 시장 확대에도 제약이 있었다.

연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해 후성장 공정을 새로 고안했다.

이는 130℃ 저온에서 만든 작은 텔루륨화은 씨앗 입자를 180℃에서 은 전구체와 환원제를 추가 투입해 더 크게 성장시키는 방식이다.

연구팀은 이 공정으로 입자 크기를 10.1㎚까지 정밀 제어하며 MWIR 전 대역을 감지하는 양자점 합성에 성공했다.

실제 제작한 소자는 37~40℃의 미세한 체온 차이를 명확히 구별했다. 이는 정상 체온과 발열 여부를 정밀하게 판단할 수 있는 수준이다.

특히 빛에 반응하는 속도가 523ns에 달해 비독성 MWIR 소자 중 세계 최고 속도를 기록했다.

텔루륨화은 콜로이드 양자점의 후성장 합성 과정 및 광학적 특성. 후성장 공정을 통해 작은 양자점을 씨앗으로 삼아 입자 크기를 6.4nm에서 10.1nm까지 키우자, 감지 파장이 단파장에서 중파장 적외선(3~5μm)으로 확장됐다. 반응 시간 조절만으로 파장 제어가 가능해 기존 크기 한계를 극복한 합성 전략임을 입증했다.

이번 연구로 값비싼 진공 장비 없이 액체 상태 소재를 도포하는 용액 공정을 적용해 생산 단가를 낮출 수 있을 전망이다.

아울러 콜로이드 적외선 양자점을 적외선 반도체 페인트처럼 사용할 수 있어 곡면에도 적용 가능해 향후 의료용 발열 모니터링 시스템과 대기오염 가스 탐지 등 실생활과 밀착한 다양한 산업 분야 실용화를 앞당길 것으로 기대된다.

정 교수는 “친환경 소재인 텔루륨화은을 활용해 독성 문제없이 중파장 적외선 검출이 가능하다는 것을 입증했다”며 “생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있어 다양한 산업 분야 실용화를 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 고려대 엄소영 박사와 이진혁 석박사통합과정이 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난 4일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.
(논문명: Non-toxic silver telluride colloidal quantum dot mid-infrared photodetector)