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모든 색깔 구현하는 무지개 미세입자 개발

 

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr | 입력: 2017-02-15 14:23
[2017년 02월 15일자 11면 기사]

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국내 연구진이 가시광선 영역에서 모든 색을 구현할 수 있는 무지개 미세입자 제작기술을 개발했다. 태양광 아래에서도 선명한 디스플레이를 구현할 수 있는 반사형 디스플레이 핵심 소재로 활용될 전망이다.

김신현 KAIST 생명화학공학과 교수와 고 신중훈 교수, 정종율 충남대 교수 공동연구팀은 둥근 모양의 미세입자 표면에 서로 다른 굴절률을 가진 타이타니아와 실리카를 교대로 증착시켜 회전각도에 따라 다른 반사색을 나타내는 '무지개 미세입자기술'을 개발했다고 15일 밝혔다.

무지개 미세입자는 표면의 규칙적인 나노구조를 통해 빛을 선택적으로 반사하는 광결정을 이용한 것으로, 외부 빛을 광원으로 이용하는 반사형 디스플레이의 소재로 쓰인다. LCD와 달리 내부 광원이 없어 전력소모가 매우 적고, 태양광 아래에서 선명한 디스플레이를 구현할 수 있다. 오팔, 모포 나비, 공작새의 깃털 등은 모두 색소 없이 규칙적 나노구조를 이용해 아름다운 색깔을 구현하는 공통점이 있다.

연구팀은 겨울철 동그란 구형 구조물에 쌓이는 눈의 두께가 위치에 따라 달라지는 점에 주목하고, 하나의 광결정에 가시광선 전체 영역의 반사색을 구현하는 데 성공했다. 구의 표면에 물질을 증착하면 위쪽인 정상 부분에 물질이 가장 두껍게 쌓이고, 측면으로 갈수록 쌓이는 물질이 얇아지는 원리를 이용한 것. 연구팀은 굴절률을 서로 다른 타이타니아와 실리카를 교대로 지름이 50∼100마이크로미터(㎛)인 구형 미세입자에 100나노미터(㎚) 두께로 증착했다.

그 결과 정상 부분은 파장이 긴 빨간 빛을, 측면 부분은 파장이 짧은 파란 빛을 각각 반사했다. 빨간색과 파란색 사이의 다른 모든 색깔도 구의 위치에 따라 상응하는 지점에서 반사했다. 연구팀은 입자 표면에 자성을 띠는 철을 증착해 자석처럼 미세입자의 배향 방향을 자유롭게 제어, 사용자가 보는 색깔도 조절할 수 있도록 했다.

연구진은 이 연구결과는 지난해 사고로 고인이 된 나노공학 분야의 세계적 대가 고 신중훈 교수에게 헌정했다.

이 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 7일자 온라인판에 실렸으며, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이승열 학생이 제1저자로 참여했다. 대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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