"나노 단위에서 빛의 성질 제어"…김동하 이대 교수 3월 韓 과기인상

김동하 교수, 차세대 초분자 키랄 광학소재 기술 개발

높은 안정성 구현 성공…디스플레이·보안 기술 혁신 기대

대한민국 과학기술인상 3월 수상자로 선정된 김동하 이화여자대학교 화학·나노과학과 교수. (사진=과기정통부 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 빛의 성질을 나노 단위에서 정밀 제어할 수 있는 원천 기술을 개발한 김동하 이화여자대학교 화학·나노과학과 교수가 3월 대한민국 과학기술인으로 선정됐다. 미래 첨단기술 및 광학 및 나노기술 분야의 새 지평을 연 것으로 평가됐다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 대한민국 과학기술인상 3월 수상자로 김동하 교수를 선정했다고 4일 밝혔다.

대한민국 과학기술인상은 최근 3년간 독창적인 연구 성과를 창출해 과학기술 발전에 크게 기여한 연구자를 매월 1명 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

과기정통부와 연구재단은 광양자설로 빛의 본질을 규명한 아인슈타인 탄생일(3.14)이 있는 3월을 맞아 차세대 초분자 키랄 광학소재 기술을 개발해 빛의 성질을 나노 단위에서 정밀 제어하는 원천기술을 만들어낸 김동하 교수를 수상자로 선정했다.

최근 빛의 회전성인 편광을 제어하는 '키랄' 광학소재가 3D 디스플레이와 정보보안, 바이오이미징 등 첨단 광학 분야에서 핵심 기술로 주목받고 있다.

키랄성은 왼손과 오른손처럼 어떤 물체나 분자가 거울에 비춘 듯 닮았지만, 똑같지는 않은 성질을 의미한다. 왼손과 오른손이 같은 모양으로 생겼지만 아무리 손을 돌려도 완전히 겹쳐지지 않는 것과 같다.

빛도 이처럼 왼쪽 혹은 오른쪽으로 돌면서 나아가는 성질(원편광)이 있는데, 이 빛의 회전 방향을 제어할 수 있으면 3D 디스플레이 등 첨단 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 이에 학계에서는 그간 고분자 물질을 조립해 키랄 광학소재를 만드는 데 집중해왔다.

하지만 기존 고분자 기반 키랄 조립 방식은 구조가 변형되기 쉬운 동적 미셀 특성으로 외부 환경 변화에 취약하고, 가시광 영역 중 적색 원편광을 안정적으로 구현하기 어려워 범용적 원편광 발광 소재 제작 등에 한계가 있었다.

김동하 교수가 제시한 별모양 블록공중합체 기반 안정적 키랄 광학 성능 구현한 공동조립 플랫폼. (사진=과기정통부 제공) *재판매 및 DB 금지

김동하 교수는 단분자 미셀을 형성하는 별모양 블록 공중합체를 조립 단위체로 도입해 외부 자극에도 흔들림 없는 '초분자 키랄 공동조립 플랫폼'을 제시하며 기존의 한계를 극복했다.

김동하 교수팀은 별모양 블록 공중합체를 키랄 첨가제와 다중 수소결합을 통해 키랄 정보가 분자 수준에서 거시 구조까지 정밀하게 증폭되도록 설계했다.

이를 통해 복합체에서 나노벨트, 마이크로섬유로 이어지는 계층적 조립 경로를 확립하고, 상온에서 100일 이상 구조적 안정성을 유지하는 초분자 시스템을 구현했다.

아울러 이 플랫폼에 비키랄 발광체를 도입해 적색을 포함한 가시광 전 영역에서 고효율 풀컬러 원편광(CPL) 발광을 구현했다. 이렇게 제작된 조립체는 기존 고분자 기술 대비 가장 높은 발광 효율을 달성했으며, 반복적인 가열·냉각 순환 후에도 성능 저하가 없는 광학적 안정성을 입증했다.

김동하 교수는 고분자공학과 나노소재과학을 아우르는 융복합 연구의 권위자로, 과기정통부 중견 연구지원 사업 등을 통해 키랄 나노소재 연구를 에너지 생산, 촉매 개발, 암 치료 등으로 지속 확장해왔다. 이번 연구 성과는 국제학술지 '사이언스(Science)' 2025년 8월자에 게재됐다.

김동하 교수는 "이번 연구는 미시적인 분자의 키랄성 정보가 어떻게 거시적인 초분자 구조로 전달·증폭되는지에 대한 원천 메커니즘을 규명한 데 학술적 의의가 있다"며 "앞으로도 공동연구자들과 쌓은 굳건한 신뢰와 협력을 바탕으로 서로 다른 영역에 응용되는 소재를 설계하는 보편적인 원리를 구축·공유해 나가겠다"고 말했다.


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