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큐슈 대학 (Kyushu University)의 새로운 연구 결과에 따라 유연성과 투명성이 개선되고 제조가 저렴하면서도 제조가 용이한 야광 페인트가 출시된다. 연구 결과는 바이오 이미징 같은 새로운 어플리케이션의 개발이 가능한 유기 물질에서 1 시간 이상 지속적으로 발광했다 (Nature, 'Organic long persistent luminescence'). 지속적 발광이라고 불리는 과정을 기반으로, 야광 물질은 주변 광선으로부터 흡수된 에너지를 천천히 방출함으로써 작동한다. 시계 및 비상 유도물에 사용되는 상업용 야광 소재는 무기 화합물을 기반으로 하며 유로퓸 (europium) 및 디스프로슘 (dysprosium)과 같은 희귀 금속을 포함한다. 그러나, 이러한 재료는 비싸고, 제조하는데 고온을 필요로 하며, 도료를 분쇄할 때 투명 할 때와 달리 빛을 산란시킨다. 플라스틱 및 안료에 사용되는 것과 유사한 탄소 기반 유기 물질은 이러한 단점을 극복할 수 있다. 우수한 발광체이며 이미 유기 발광 다이오드 (OLED)에 널리 사용되고 있다. 그러나 장시간의 방출이 어려웠고 실내 조명에서 실내 조명을 사용하는 유기물에서 가장 긴 방출량은 지금까지 불과 몇 분 밖에 되지 않았다. 규슈 대학의 연구자들은 두 분자의 단순한 혼합물을 사용하여 이 한계를 깨뜨렸다. 전자를 받아들이는 분자와 전자를 받아들이는 분자를 함께 녹여 형성된 필름에서 강렬한 광원이나 저온을 필요하지 않으면서 유기 물질로부터 처음으로 1 시간 이상 지속되는 방출을 얻었다. 많은 유기 물질은 다른 색의 빛을 방출하기 위해 빛으로부터 흡수된 에너지를 사용할 수 있지만 방출을 생성하는 분자에 에너지가 직접 저장되기 때문에 이 방출은 일반적으로 빠르다. 반면에 연구팀의 혼합물은 장거리에서 분리된 전기 에너지를 저장하기 때문에 에너지를 빛으로 방출하는 속도를 크게 늦출 수 있어 야광 효과를 낼 수 있다. 혼합물에서, 전자 수용 분자 또는 억셉터에 의한 빛의 흡수는 전자 공여 분자 또는 공여체로부터 전자를 제거하는데 사용할 수 있는 여분의 에너지를 분자에 제공한다. 이러한 전자의 전달은 수용체에서 기증자로 양전하가 전달되는 것과 실질적으로 동일하다. 억셉터 상의 여분의 전자는 다른 억셉터로 건너 뛰어 전하를 분리시키는 양으로 하전된 도너에서 멀리 떨어진다. 분리된 전하는 점진적으로 천천히 그리고 조금 더 빨리 다시 되돌아오고 거의 한 시간 동안 빛으로 에너지를 방출한다. 혼합물과 공정은 유기 태양 전지나 OLED와 유사하다. 태양 전지처럼 분리된 전하를 쌓은 후에, 그 전하가 탈출할 곳이 없어 결국 OLED와 같은 빛을 방출하기 위해 다시 되돌아오게 된다. 새로 개발된 혼합물의 주요 차이점은 매우 오랜 기간 동안 분리된 상태로 전하가 존재할 수 있다는 것이다. 유기물을 사용하면 야광 물질에 드는 비용을 줄일 수 있다. 그래서 우리가 영향을 미치기를 기대하는 응용은 번쩍이는 복도나 안전을 위한 도로 등 넓은 지역의 응용 프로그램이다. 또한 연구팀은 유기 물질의 다기능성을 활용하여 야광 직물과 창, 또는 의학 이미징을 위한 생체 적합성 탐침을 개발할 계획이다. 실용화의 첫 걸음은 산소와 물에 대한 공정의 민감성이다. 보호 장벽은 유기 전자 장치 및 무기 야광 물질에 이미 사용되어 연구자들은 해결책이 발견될 수 있다고 확신한다. 동시에, 연구팀은 또한 방출 기간과 효율을 증가시키고 색상을 변화시키는 새로운 분자 구조를 연구하고 있다. 이러한 남은 문제를 해결하기 위한 노력으로 유기물을 바탕으로 한 새로운 야광 물질 개발로 연구 영역을 활성화하고 응용을 확장하려고 한다. |
