교통신호등 수명 2배 이상 늘릴 수 있다
- 입자 구조 변화를 통한 나노재료 수명과 효율 향상 - 
   

# 도로위의 안전을 책임지는 교통신호등. 수명이 다해 신호등이 꺼지게 되면 운전자들은 대형사고의 위험에 그대로 노출된다. 전국에 배치된 신호등의 개수만도 수만 개. 현재 5년 주기의 신호등의 수명을 늘릴 수 있다면, 국민들의 안전을 지키는 것은 물론이고 신호등 교체 비용절감 등 경제적 효과도 매우 클 수밖에 없다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 강대임) 김용성 박사(KRISS 책임연구원, 과학기술연합대학원대학교 교수)가 나노입자* 구조를 자유자재로 변화시켜 제품의 효율을 극대화하는 기술을 개발했다.
   * 나노입자 : 머리카락 수천분의 일 크기의 극히 작은 입자. 물질을 나노입자로 줄일 경우, 기존의 성질과 전혀 다른 특성을 가지게 되며 이를 응용하여 다양한 나노기술로 발전

전국에 배치된 LED(발광다이오드) 신호등의 경우, 질화갈륨(GaN)을 박막형태로 만들어 사용하고 있는데, 이를 특정 구조의 나노입자로 변화시킬 경우, 지금보다 낮은 전력으로도 지속시간을 2배 이상 늘릴 수 있다.
    o LED는 양(+)과 음(-)의 전기적 성질을 지닌 2 종류의 화합물 반도체 원소로 이루어져 있다. 여기에 전압을 걸어주게 되면 음의 전자가 양의 정공과 결합하면서 에너지(빛)가 발생하는데 이 사이의 거리가 짧을수록 더 큰 효율성을 지닌다.  
    o 연구팀은 기존 LED신호등을 구성하는 질화갈륨 박막의 나노입자 구조를 박막형태에서 삼각형 형태로 바꾸면 음의 전자와 양의 정공사이의 거리가 최소한으로 줄어드는 것을 확인했다.

이처럼 나노입자의 특성은 구조에 따라 달라지는데 종전까지는 나노입자가 너무 작으므로 원하는 성질을 가진 나노재료의 구조를 파악하거나 그 제조방법을 파악하기 어려웠다.
    o 연구팀은 재료물성을 파악하는 제일원리계산법을 통해 반도체 표면의 절대에너지를 계산하여 다양한 물질의 나노입자 구조를 자유자재로 변형시키고 이에 대한 성질과 공정조건을 파악할 수 있는 기술을 개발했다.
    o 이를 통해 신호등에 쓰이는 질화갈륨(GaN)이외에도 자동차 전기장치 소자에 활용되는 산화아연(ZnO), 광센서 및 태양광 발전에 필요한 카드뮴 설파이드(CdS)등 주요 반도체 재료에 대한 구조 50여 종을 구현했다.

KRISS 김용성 연구팀은 해당기술로 파악된 자료를 모두 DB화하여 관련 산업계에서 누구나 이용할 수 있도록 홈페이지에 공개했다.  (http://npdb.kriss.re.kr)  KRISS 김용성 박사는 “질화갈륨 등은 반도체 산업에서 활용도가 높은 만큼 많은 업체들이 제작 물품에 맞게 나노입자의 구조와 공정조건을 참고할 수 있다.”라고 말하며 이를 바탕으로 나노입자를 이용한 광전자 소자 기술개발의 가속화를 기대했다.