초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
삼중항-융합에 기반한 고효율·고안정성 광에너지 상향전환 소재의 개발 및 에너지·환경·신소재·생명공학에의 응용

○ 전체 내용
● 삼중항-융합 기반 광에너지 상향전환(upconversion, UC)은 저에너지 광자를 융합하여 고에너지 광자를 생성하는 기술임.
● UC의 효율과 안정성을 증가시키기 위해 새로운 발색단 (4CzIPN/pyrene) 및 매질(PCL)을 개발함. 또한, 이를 활용한 UC 구조체 및 UC MN을 제작하였음.
● 중공형 메조다공성 실리

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
삼중항-융합에 기반한 고효율·고안정성 광에너지 상향전환 소재의 개발 및 에너지·환경·신소재·생명공학에의 응용

○ 전체 내용
● 삼중항-융합 기반 광에너지 상향전환(upconversion, UC)은 저에너지 광자를 융합하여 고에너지 광자를 생성하는 기술임.
● UC의 효율과 안정성을 증가시키기 위해 새로운 발색단 (4CzIPN/pyrene) 및 매질(PCL)을 개발함. 또한, 이를 활용한 UC 구조체 및 UC MN을 제작하였음.
● 중공형 메조다공성 실리카 나노/마이크로캡슐(HMSN/HMSM)을 합성하고, 내부에 UC 오일을 후담지하는 방법을 이용하여 독성이 없고 추가적인 탈산소 공정이 필요 없는 UC 나노/마이크로소재를 개발함.
● 씨앗 성장법을 이용하여 기합성된 금속 나노입자를 실리카 나노캡슐 내부에 담지하여 이를 (1) 환경 센서, (2) 환경 촉매, (3) 광열입자로 활용하는 개념 증명(proof of concept) 실험을 진행하였음.

□ 연구개발성과
● 4CzIPN/pyrene은 445 nm의 가시광선을 받아 370–430 nm의 UV로 전환 (VIS-to-UV)하였으며 높은 UC 양자효율(0.66%) 및 광안정성을 보임. 새로운 매질인 PCL은 별도의 산소차단공정 없이도 고효율‧고안정성 UC를 구현함. 이를 여러 응용분야에 적용하기 위해 UC 구조체 및 UC MN로 제작하였고, 제작 이후에도 안정적인 UC를 보임.
● 100 nm-2 μm 수준의 HMSN/HMSM을 합성하는 데 성공하였으며, 내부에 UC 오일을 후담지하여 수계에서 안정적으로 구현할 수 있는 UC 나노/마이크로소재를 개발하고, 이를 줄기세포에 부착하여 바이오이미징을 성공적으로 구현하였음. 또한, HMSN 내부에 상변화물질(PCM)을 담지하여 온도에 따른 UC 세기 변화를 측정하였으며, 수계뿐만 아니라 완전 건조상태에서도 구현되는 UC 나노소재를 개발함.
● 금 나노구체가 담지된 노른자-껍질형 나노복합체를 환경 촉매로 사용하여 수중유기오염물질인 페놀을 고농도의 방해물질이 존재하는 조건에서 효과적으로 분해하는 데 성공하였으며, SERS를 사용해 노른자-껍질형 나노복합체가 환경 센서로 활용될 가능성을 확인함.
● 금 나노구체가 담지된 노른자-껍질형 나노복합체를 광열입자로 활용해 약물내성을 가진 암세포를 효과적으로 치료하는 데 성공함.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
● 4CzIPN/pyrene을 사용하여 안정적인 VIS-to-UV UC 구현을 통해 생성된 UV는 오염물질의 분해, 광촉매, 살균 등 환경공학 분야에 사용될 수 있음.
● PCL은 박막, 섬유, 나노입자 등의 여러 형태로 제작 가능한 고분자로, UC-PCL 역시 다양한 형태에서 구현될 수 있음. 이를 통해 태양전지의 효율 향상, 광역학 치료 등에 응용할 수 있음. 나노 수준으로 제작된 UC PCL은 비침습형 약물전달 시스템에 사용될 수 있음.
● UC-HMSN에 항체나 압타머를 부착하여 질병 특이적 바이오이미징 혹은 면역진단 기법에 활용할 수 있음. 또한, HMSN 내부에 의약물질을 담지하여 스마트 약물전달에 활용할 수 있음.
● 금 나노구체가 담지된 노른자-껍질형 나노복합체의 plasmon 효과를 활용해 UC효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨. 또한, 이를 열 감응성 고분자에 분산시켜 로봇의 관절이나 안테나 등을 제작하는 데 활용할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 최종목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 고효율·고안정성 UC 구현을 위한 발색단 및 매질 개발 ... 5
• 2.2. UC 마이크로/나노소재의 개발 및 응용 ... 6
• 2.3. 노른자-껍질형 구조체의 합성 및 이의 환경공학·의학적 응용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 1) 연구수행 결과 ... 7
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 21
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 21
• 6. 참고문헌 ... 22
• 끝페이지 ... 23