눈에 보이지 않는 적외선 세계에서 눈부신 가치를 찾아내다
KRISS 나노소재평가센터 다기능적외선소재연구실 

       
               
태양이 방출하는 빛을 프리즘으로 분산시켰을 때 적색선의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 전자기파를 적외선이라 한다. 열을 가진 모든 물체는 고유한 특성 파장의 적외선을 방출하지만 사람의 눈에는 보이지 않는다. 적외선으로 사람을감지해 문이 열리는 자동문, 빛이 전혀 없는 캄캄한 밤에도 사물을 볼 수 있는 열영상을 생각하면 이해하기 쉽다. 과학은 늘 보이지 않는 세계를 찾아내고 탐구하고 밝혀내 왔다. 그리고 더 정확하고, 더 많은 정보를 얻기 위해 끊임없이 파고든다. 적외선을 비가시세계에서 가시세계로 이끌어내고 있는 KRISS 다기능적외선소재연구실처럼 말이다.       

한 발 더 나가는 데서 시작되는 창조 KRISS에는 적외선과 관련해 여러 가지 연구가 진행되고 있다. 광도복사도 측정, 대기가스 검출, 구조물안전진단을 위한 비파괴 검사 등인데 대부분 적외선을 활용하는 분야다. “저희 팀은 개념이 좀 달라요. 적외선을 활용해서 측정이나 진단을 하는 게 아니라 그런 여러 가지 진단을 할 수 있는 고성능의 센서를 개발하는 거죠.” 다기능적외선소재연구실의 팀 리더를 맡고 있는 이상준 박사에게 연구 분야 소개를 부탁하자 적외선 영상센서의 개념부터 차근차근 설명하기 시작했다.

적외선 영상센서는 적외선을 검출해 영상으로 재현하는 기술로, 미사일 추적장치나 무인기, 전차 등 군용장비, 인공위성에 탑재되는 우주관측 용 광학계를 비롯해 산업설비 진단, 온실가스 모니터링 등 환경오염 감시, 유방암·혈류 등 의료진단까지 그 수요가 계속 늘어나고 있다. 그런데 지금까지 개발된 적외선 영상센서는 열의 양만을 검출해 그 ‘분포세기’를 영상화하는 데 그쳐 활용에 한계가 있었다. 다기능소재연구실에서는 한 발 더 나아가 적외선의 파장대역을 구분하여 검출할 수 있는 기술을 개발하고 있다(창의적전문연구사업‘표면플라즈몬 공명현상(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의한 대역 파장변조 및 광 증폭 원리규명’).

이 분야에 있어서는 미국 나사등 세계적으로도 소수의 선도그룹만이 기술을 보유하고 있는 상황, 다기능소적외선소재연구실의 최종 연구목표는 표면플라즈몬 공명현상(SPR)에 의한 적외선 파장의 변조 및 증폭원리를 규명하고, 적외선 검출기에 적용할 최적의 SPR 구조를 연구하는 것이다.

즉 물체가 방사하는 적외선을 감지, 전기적신호로 변환하여 영상화 하는 기술, 파장별 적외선 신호를 검출하여 유·무기물, 세포 등의 특성을 분석하는 기술, 적외선을 편광 방향(직선, 원, 타원)에 따라 구분하여 검출하고 영상화하는 기술을 개발하고 있다. “표면플라즈몬 공명현상(SPR)에 대한 원천기술을 통해 2년간 특성평가를 했고 이제부터는 소자에 적용시키는 연구를 할 겁니다. 그 다음 단계에는 영상화를 통해 세계최초로 초분광 적외선영상과 편광 적외선영상을 구현할 계획입니다.”       

적외선 검출소재 개발과 관련하여 작년에 산업부와 방사청으로부터 대형 장기 프로젝트(각 76억 원/6년, 14억 원/3년) 수주를 비롯하여, 작년 5월에는 미 공군연구소로부터 다기능 적외선 개발에 관한 공동연구 과제를 수주했다. 3년간 연구비 총 30만 달러(약 3억3000만원) 규모의 대형 프로젝트로, 앞으로 사람의 눈을 모방한 다기능적외선 영상센서를 구현하기 위한 연구를 진행하게 된다. 국방기술을 선도하는 미국 공군연구소로부터 과제를 수주한 사례는 극히 드물다. 이것은 다기능적외선소재연구실의 기술이 국제적으로도 인정받고 있다는 의미이며 앞으로 활용가치가 높다는 전망도 가능하다.       

‘믿는 구석’은 기술과 사람
“원래 저희 연구실은 20~30년 전부터 화합물반도체 연구를 계속해왔는데 최근 화합물반도체를 이용한 적외선 검출 소재, 적외선 영상센서 개발로 초점을 맞추게 된 겁니다. 초창기부터 30년 가까이 화합물반도체를 연구한 노삼규 박사님, 적외선 활용 시스템 개발 전문가인 강상우 박사님이 팀에 계시고, 저는 20년 가까이 적외선 소재 및 센서 기술에 대한 연구만 했어요. 그리고 10명의 연구생들까지 모두가 협력해서 연구를 해나가고 있습니다.”

적외선 기술은 기본적인 양자역학에 대한 지식부터 소재성장·공정·측정평가기술까지 이 모든 게 복합적으로 갖춰져야 하는 기술이다. 다기능적외선소재연구실이 ‘믿는 구석’은 오랫동안 축적된 기초기술과 실력과 경험이 풍부한 맨파워이다. 팀을 이끌고 있는 이상준 박사는 KRISS가 국내에서 유일하게 적외선 화합물 반도체 검출소자를 성장할 수 있는 기관이라는 점을 강조한다. 이는 국제적으로도 경쟁력 있는 팀의 강점. 각 영역에 대한 전문가를 보유하고 있다는 점도 큰 강점이다. 다기능적외선소재연구실은 나노소재평가센터가 쌓아온 탄탄한 기반을 바탕으로 적외선 검출기술에 초점을 맞춰 창의적이고 모험적인 연구를 시작할 수 있었다.

방법을 알기에 두렵기보단 흥미진진한 탐험
“소통을 통한 시너지가 무엇보다 중요합니다. 각자가 가지고 있는 창의적인 아이디어를 서로 나누고 함께 고민하면 더 큰 시너지가 나오죠.” 다기능적외선소재연구실은 매주 그룹미팅과 해외 공동연구팀과의 원격 화상회의를 통해 정보를 공유하고 토론을 통해 아이디어를 발전시킨다. 자유로운 대화 속에 아이디어들이 나오고 개별적으로 진행하던 연구가 통합되고 연결된다. 다기능적외선소재연구실이 가진 또 하나의 무기가 있다.       

“화합물 반도체를 연구하는 기관이 국내에 몇 군데 있는데 대부분 유행에 따라서 그때그때 연구주제가 바뀌는 것 같더군요. 레이저소자나 그래핀소자 등 이슈가 등장할 때마다 트렌드에 맞춰 새로운 연구를 하는 거예요. 저희는 분명한 정체성을 갖고 흐름을 타지 않고 하나의 주제를 꾸준히 연구해왔고, 그런 흔들리지 않는 꿋꿋함이 창의적인 결과를 낳는다고 믿고 있습니다.” 소신과 자부심이 있기에 꾸준할 수 있었고 그런 무던함 속에서 창의적인 연구를 할 수 있었다. 오래됨 속에서 새로움을 빚어나가는 KRISS 다기능적외선소재연구실, 이들의 적외선 연구가 먼 훗날 또 어떤 세계로 탐험을 이어갈지 궁금해진다.