포스텍 노준석 교수팀, 대면적 메타렌즈 대량 생산 성공

[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김주훈·김예슬 씨, 고려대 신소재공학부 이헌 교수·김원중 씨 공동 연구팀이 자외선 영역에서 사용할 수 있는 대면적 메타렌즈를 대량으로 생산하는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

자외선의 광학적 특성을 제어하는 메타렌즈 제작 공정을 개발해 다양한 산업에서 혁신을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대된다고 덧붙였다.

 메타렌즈(metalens)는 나노미터 크기의 패턴이나 구조물을 렌즈 표면에 가공해 빛의 특성을 제어한다. 기존 렌즈 두께를 1만 배 줄일 수 있어 체내 삽입하는 의료 기기나 웨어러블(werable) 기기 분야에서 잠재력이 무궁무진해  그 동안 이를 큰 면적으로 대량 생산해 상용화하려는 연구가 진행돼 왔다.

 하지만 자외선 영역의 빛은 에너지 준위가 높아 대부분의 물질에 흡수되며, 파장이 짧아 같은 면적이더라도 더 많은 구조체가 필요하다.

가시광선이나 적외선과 달리 자외선 영역에서 투명한 소재도 많지 않아 자외선용 대면적 메타렌즈를 생산하는 데 어려움을 겪어 왔다. 나노 공정 기술의 한계로 현재까지 학계에 보고된 자외선용 메타렌즈는 대부분 500μm(마이크로미터) 이하다.

연구팀은 이전 연구에서 RIST(포항산업과학연구원) 전교선 박사팀과의 협업을 통해 가시광선용 메타렌즈를 대량으로 생산하는 데 성공한 바 있다.

연구팀은 이번 연구에서 자외선 영역에서 투명한 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 물질에 이 공정을 결합함으로써 연구팀은 1㎝ 크기의 메타렌즈를 웨이퍼 단위로 대량 생산하는 데 성공했다.

해당 공정은 도장을 찍듯 패턴을 새기는 나노 임프린트 공정을 이용해 기존보다 2만 배 더 큰 수백 개의 메타렌즈를 빠르고 저렴하게 생산할 수 있다.

이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘머티리얼즈 투데이(Materials today)’ 최근 호에 게재됐다.

이 연구는 포스코홀딩스 N.EX.T Impact Project와 과학기술정보통신부 미래유망융합기술파이오니아사업, RLRC지역선도선도연구센터사업, 나노소재기술개발사업, 미래소재디스커버리사업 등의 지원으로 진행됐다.

포스텍 노준석 교수는 “탁월한 광(光) 조절 능력을 가진 메타렌즈를 자외선 영역에서 대면적으로 구현한 연구는 이번이 처음”이라며 “향후 연구를 통해 반도체 검사장비 등의 산업 기술에도 적용할 수 있도록 개선해 나가겠다”고 밝혔다.


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