착용형 자외선 차단 위한 첨단 유연 UV 센서 개발

사람 눈엔 안 보이지만 자외선(UV)이 우리 환경에 가득, 과다 노출 시 피부암, 조기 피부 노화 등 건강 문제 유발. UV 강도 보통 기상 예보 지수 통해 보고. 하루 종일 실제 개인 UV 노출 모니터링하는 착용형 기기(티셔츠, 시계 등) 있으면 햇볕 피해려는 사람들에게 더 유용하고 정확한 가이드 될 것.

NTU 연구진이 개발한 유연 UV 광센서들 기존 센서 대비 반응도 25배, 감도 330배 높여 광전자 애플리케이션(빛 기반 전자) 필요 성능 수준 초과 달성 보고.

UV 광센서(포토디텍터) 스마트폰부터 생체의학 이미징까지 폭넓은 시스템에 사용. 지난 수십 년 갈륨 나이트라이드(GaN)가 UV 광센서 제작 이상적 소재로 부상, 빛 방출·조절·전송·감지 우수 특성 탓. 하지만 오늘날 대부분 GaN 기반 UV 센서들 경직된 층 위에 구축돼 유연·착용형 제품 활용 제한.

다른 연구진도 유연 GaN 기반 UV 센서 개발했지만 최첨단 사용 필요 성능 수준 달성 못 함. 두 큰 과제: 낮은 반응도, 낮은 감도. NTU 팀이 8인치 반도체 웨이버 위에 자유 입자 단결정 GaN과 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 층, 두 다른 얇은 반도체 층 구성 헤테로구조 막(heterostructure membranes) 사용해 유연 UV 광센서 만들며 제약 극복.

이 타입 반도체 구조는 기존 산업 호환 방법으로 제작 가능해 소재 쉽게 구부릴 수 있어 유연 센서 이상적. 동시에 소재 화학 조성이 깊이에 따라 변해 strain(변형) 받아도 고성능 유지.

실험실 테스트에서 NTU 유연 UV 광센서 다중 굽힘·고온 테스트에도 높은 반응도·감도 유지. 외부 변형 범위(압축, 평평, 인장)서 반응도 529~1340 A/W(광신호→전기신호 변환 능력 단위) 기록, 기존 UV 센서 대비 약 100배 높음. 이 반응도 100회 반복 굽힘 후에도 안정적 유지 → 착용형 통합 잠재력 입증.

"우리가 만든 고성능 유연 UV 광센서들 개인 스마트 건강 모니터링 등 광범위한 미래 착용형 애플리케이션 길 열었습니다. 사람들이 하루 종일 UV 노출 수준 정확히 측정해 피부암 위험 줄일 수 있게요."라고 김문호(Kim Munho) 교수. 피부암은 전 세계 가장 흔한 암 유형 중 하나, 주로 태양 UV 과다 노출 탓. 호주처럼 세계 최고 피부암율 지역선 70세까지 약 3명 중 2명 피부암 진단 추정(세계암연구기금 데이터).

"피부암은 과도한 햇빛 노출로부터 피부 보호로 예방 가능. 그래서 신뢰할 수 있는 착용형 기기가 UV 노출 추적해 권장 노출 모니터링 돕는 편리한 도구 될 수 있음, 특히 야외 활동 많은 사람들에게."라고 연구팀.