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토토인증228,228);padding-left: 20px; padding-right: 20px;">- 생명화학공학과 김신현 교수팀
- 변색없이 컬러그래픽 영구 보존

이번 연구를 수행한 KAIST 연구진.손채림(왼쪽부터) 생명화학공학과 석사과정 졸업생,남성경 박사 졸업생,이지우 박사과정,김신현 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 색깔을 표현하기 위해서는 가시광선 내의 특정 파장의 빛을 흡수하는 화학 색소가 필요하다.국내 연구진이 화학 색소를 사용하지 않고도 변색이나 퇴색 없이 컬러 그래픽을 영구 보존할 수 있는 초정밀 컬러 그래픽으로 조선시대‘일월오봉도’를 구현하는데 성공했다.

KAIST는 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 반구 형태의 미세구조를 이용해 화학 색소를 전혀 사용하지 않고 고해상도의 컬러 그래픽을 구현하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

영롱한 파란색을 띄는 몰포 나비나 피부색을 바꾸는 팬서 카멜레온은 화학 색소 없이도 발색하는데,이는 물질을 이루는 규칙적인 나노구조가 빛의 간섭 현상을 통해 가시광선의 빛을 반사해 나타나는 구조색이다.

그러나 구조색 발색을 위한 규칙적인 나노구조는 인공적으로 구현하기 위한 기술적 난이도가 높고,다양한 색 표현이 어려울 뿐만 아니라 다양한 색을 정교하게 패턴으로 나타내기 매우 어렵다.

약 20만개의 미세반구를 이용해 색소 없이 손톱 크기로 재현된‘일월오봉도.[KAIST 제공]

연구팀은 규칙적인 나노구조 대신 부드러운 표면을 갖는 반구 형태의 미세구조만을 이용해 다양한 구조색을 높은 정밀도로 패턴화할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

뒤집어진 반구 형태의 미세 구조체에 빛이 입사할 때 측면으로 입사한 빛은 곡면을 따라 전반사돼 재귀반사가 일어나게 된다.이때 반구의 직경이 10마이크로미터 내외(머리카락 굵기의 10분의 1 수준) 일때 재귀반사가 일어나는 서로 다른 경로의 빛이 가시광선 영역에서 간섭해 구조색이 나타난다.

구조색은 반구의 크기에 따라 조절 가능하며,팔레트에서 물감을 섞듯 서로 다른 크기의 반구를 배열함으로써 발현 가능한 색을 무한히 늘릴 수 있다.

연구팀은 다양한 크기의 반구형 미세구조를 정밀하게 패턴화하기 위해 반도체 공정에 사용되는 양성 감광성 고분자를 광식각법을 통해 미세기둥 형태로 패턴화한 다음 온도를 올려 반구형 미세구조를 형성했다.

이러한 방식을 이용하면 원하는 크기와 색깔을 갖는 반구형 미세구조를 원하는 위치에 미리 설계한 방식대로 단일 단계에 형성할 수 있으며,룰렛 무료임의의 컬러 그래픽을 색소 없이 단일 물질만을 이용해 재현해 낼 수 있다.

빛의 각도와 바라보는 방향에 따라 다르게 보이는‘일월오봉도.[KAIST 제공]

색의 영구 보존이 가능한 초정밀 컬러 그래픽 기술은 빛의 입사 각도나 시야 각도에 따라 변색이 가능하며,보너스와 자유 회전이 있는 자유 슬롯패턴의 한쪽 방향으로만 색깔을 보이며,반대편으로는 투명한 야누스 형태의 특징을 갖는다.최신 LED 디스플레이에 준하는 높은 해상도를 가지며 손톱 크기에 복잡한 컬러 그래픽을 담을 수 있고,룰렛판 영어로이를 대면적 스크린에 프로젝션도 가능하다.

김신현 교수는 “광학 소자 및 센서,위변조 방지 소재,심미성 포토카드 등을 포함한 광범위한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 재료분야 국제학술지‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 2월 5일 게재됐다.