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김신현 KAIST 생명화학공학과 교수
나비 날개처럼 미세구조 이용해 색 구현 20만개의 미세반구를 이용해 손톱 크기로 구현한 조선시대 그림 '일월오봉도'./KAIST 
모포(Morpho) 나비는 밝게 빛나는 파란색 날개로 유명하지만 색소(色素)가 없다.날개에 있는 광결정(光結晶)이 청색 파장의 빛만 반사하고 다른 빛은 그대로 통과시켜 파란색을 띤다.카멜레온도 같은 방식으로 주변 환경에 맞게 피부색을 바꾼다.명화나 문화재를 나비처럼 변색하지 않는그래픽으로 남길 길이 열렸다.
김신현 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구팀은 나비와 카멜레온이 색을 내는구조색 원리를 모방해 시간이 지나도 색이 변하지 않는 고해상도의 컬러 그래픽을 구현하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.이 방법으로 조선시대 일월오봉도(日月五峯圖)를 손톱만 한 크기로 구현했다.연구 결과는 국제 학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)에 지난 5일 실렸다.
색소는 특정 파장 빛을 반사해 그 색을 낸다.나머지 파장은 흡수해 열이 난다.시간이 지나면 색소에 화학반응이 일어나 색이 변한다.구조색은 물질이 아니라 광결정처럼 나노구조에 따라 색깔이 달라지기 때문에 변색이나 퇴색 없이 한 가지 소재로 다양한 색깔을 낼 수 있다.
문제는 구조색을 구현하는 규칙적인 나노구조를 구현하기가 어렵다는 점이다.원하는 색을 나타내기 위해서는 정교한 패턴을 구현해야 하는데 이 과정이 쉽지 않았다.김신현 교수 연구팀은 반도체 공정을 이용해반구 형태의 미세구조를 만들어 이 문제를 해결했다.
빛이 밥그릇 같은 반구 형태의 미세 구조체에 들어오면 곡면을 따라 반사된다.반구의 지름이 10㎛(마이크로미터,디코 포커 연령제한1㎛는 100만분의 1m) 안팎이면 서로 다른 경로의 빛이 가시광선 영역에서 간섭하면서 구조색이 나타난다.
연구팀은 반구의 크기에 따라 구조색을 조절하는 방법도 찾았다.팔레트에서 물감을 섞듯 서로 다른 크기의 반구를 배열함으로써 발현 가능한 색을 무한히 늘릴 수 있다.연구팀은 반도체 공정에 사용되는 양성 감광성 고분자를 이용해 반구형 미세구조를 만들었다.고분자가 자외선에 노출돠면 현상액에 쉽게 용해된다. 왼쪽은 미세반구를 이용한 구조색 발현 원리.오른쪽은 반도체 공법을 이용해 미세반구 패턴을 만드는 방법./KAIST 
연구팀이 만든 초정밀 컬러 그래픽 기술은 빛의 입사 각도나 시야 각도에 따라 색이 달라진다.또 패턴의 한쪽 방향으로만 색깔을 보이고,반대편은 투명한 특징을 갖는다.구조색 그래픽은 최신 발광다이오드(LED) 디스플레이 수준의 높은 해상도를 가지고 손톱 크기에 복잡한 컬러 그래픽도 담을 수 있다.
실제로 연구팀은 20만개의 미세반구를 이용해 손톱 크기로 조선시대 임금이 앉은 어좌 뒤에 있던 일월오봉도를 재현했다.색소 없이 만들었기 때문에 변색이나 퇴색 없이 영구 보존이 가능하다.이외에도‘인상,배팅카트해돋이‘진주 귀고리를 한 소녀’같은 명화도 그대로 재현했다.
김신현 교수는 “새롭게 개발한 무색소 컬러 그래픽 구현 기술이 향후 예술과 접목해 새로운 형태의 예술 작품을 표현하는 참신한 방법이 될 수 있다”며 “광학 소자나 센서,위변조 방지 소재,심미성 포토카드 등을 포함한 광범위한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
참고 자료
Advanced Materials(2025),사다리사이트 추천DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202413143
