금속 '고유의 색깔'이 변할 수 있을까

  • 경제/과학
  • 대덕특구

금속 '고유의 색깔'이 변할 수 있을까

  • 승인 2017-01-08 11:06
  • 신문게재 2017-01-09 13면
  • 최소망 기자최소망 기자
한국연구재단 송영민·장경인 교수팀
나노미터 반도체 다양한 각도서 코팅
진하거나 연하게 미세한 채도변화 성공
반사된 빛이 박막간섭 일으켜 색 변화


▲ 송영민 교수
▲ 송영민 교수
▲ 장경인 교수
▲ 장경인 교수
금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 등 금속의 고유색은 변할 수 있을까?

한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 송영민 교수와 대구경북과학기술원(DGIST) 장경인 교수 연구팀이 금속에 수 나노미터(㎚ㆍ10억분의 1m)의 반도체를 다양한 각도에서 코팅해 더 진하거나 혹은 더 연할 수 있도록 미세한 색 변화 조절에 성공했다고 8일 밝혔다.

먼저 연구팀은 금속에 반도체 물질을 수 나노미터 두께의 초박막 형태로 코팅했다.

초박막 형태는 기계 가공으로 만들 수 없는 마이크로미터(㎛) 이하의 두께인 박막보다 얇은 막으로, 보통 수 내지 수십 나노미터 두께의 막을 말한다.

반도체로 코팅된 금속은 금속과 반도체의 표면에서 반사된 빛이 강한 박막 간섭을 일으켰고, 이때 금, 은, 알루미늄 등 금속의 고유색을 바뀌었다.

박막 간섭 효과는 복수의 박막층으로 이루어진 박막 구조에서 각 박막층에서 반사된 빛이 서로 간섭을 일으키는 것을 말한다.

기존에 금 위에 코팅하는 게르마늄(Ge) 반도체의 초박막 두께에 따라 색이 달라진다는 기존 연구가 있었다.

그러나 이는 색의 변화가 급격하고 진하게 색을 입히기가 어려운 한계가 있었다.

이에 연구팀은 금 표면에 기판의 표면에 물질을 비스듬히 입사해 증착하는 방법인 빗각증착법을 사용해 5~25 나노미터의 얇은 게르마늄 막을 입혔다.

그 결과, 게르마늄 코팅의 두께와 증착각도에 따라 노란색, 주황색, 파란색, 보라색 등 다양한 색을 원하는 대로 만들어낼 수 있었다.

증착은 물질 혹은 물질 집합의 상태 변화가 기체의 상에서 고체의 상으로 변하는 것이다.

고인 물 위에 기름막이 있을 때 무지개 색을 띄는 것과 동일한 원리다.

연구팀은 검증을 위해 반사율을 측정해 시뮬레이션 결과와 비교했다.

색 좌표계상에서 계산된 결과와 측정된 값이 거의 일치해 실제 색의 비교에서도 유사한 색을 띄는 것을 확인했다.

연구팀이 빗각증착법을 선택한 이유는 게르마늄층의 높은 복소 굴절률을 줄이기 위해서였다.

▲ 다공성 초박막 구조 및 모식도 (왼쪽), 서로 다른 다공성을 가지는 초박막 구조의 두께의 변화에 따른 반사율 변화 (오른쪽)
▲ 다공성 초박막 구조 및 모식도 (왼쪽), 서로 다른 다공성을 가지는 초박막 구조의 두께의 변화에 따른 반사율 변화 (오른쪽)
복소 굴절율은 매질의 특성을 나타내는 단위가 없는 량으로, 복소수로 표현된다.

실수부는 매질로 빛이 진행할 때 광속이 줄어드는 비율이며 허수부는 매질 내에서 빛의 크기가 줄어드는 정도를 의미한다.

비스듬히 입사하는 방법으로 게르마늄에 작은 구멍을 많이 낸 다공성(구멍이 많이 있는 성질)을 적용하면 복소 굴절률을 줄일 수 있다.

연구팀은 실험 중 제작하고자 하는 샘플의 반도체 박막 두께가 수 나노미터 수준으로 매우 얇아 매번 정확한 두께로 제작하는 것이 다소 어려웠다고 설명했다.

이를 위해 연구팀은 제작 장비의 실험 조건을 일정하게 유지하는 데에 최대한 주의를 기울여 만족할만한 데이터를 얻었다.

금속 소재의 색상변화에 관한 연구는 광학적 및 색채학적 측면에서 그 의미가 있다. 반도체 박막을 기반으로 한 금속 소재의 색상변화 기술은 시각 예술이나 보석 등에 이용될 수 있을 뿐만 아니라 기존 반도체 소자에 심미적 기능을 더하는 데에도 적용될 수 있기 때문이다.

송영민 교수는 “이 연구성과는 5~25 나노미터 두께의 초박막 반도체로 금속의 색을 기존보다 더 다양하게 바꾸는 방법을 개발한 것”이라며“앞으로 건물 외벽 등 다양한 목적으로 사용되는 태양전지, 웨어러블 기기, 디스플레이, 금속 시각 예술, 보석 등에 적용할 수 있다”고 말했다.

이 연구성과는 미래창조과학부 연구재단의 기초연구사업의 지원으로 수행됐으며, 지난달 9일 나노분야 국제 학술지 '나노스케일(Nanoscale)' 게재됐다.

최소망 기자 somangchoi@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 청주시 외평~북이 등 2개 도로 노선, 제6차 국도·국지도 예타 대상 선정
  2. 아산시 주요 도로 확충사업, 기재부 예비타당성조사 최종 통과
  3. 아산시도고면행복키움, 취약계층에 후원 물품 전달
  4. 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 5~6학년부 예선
  5. 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 여자부 8강
  1. 아산시, 학대 아동위한 든든한 울타리 강화
  2. 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 3~4학년부 4강전
  3. 아산시보건소, 민간의료기관과 '원격협진 업무협약' 체결
  4. [주말사건사고] 폐차장 화재부터 공장 폭발까지...대전·충남 사고 잇따라
  5. 대전 미분양 1년 새 23% 증가… 중구 미분양 대폭 증가

헤드라인 뉴스


충청 명운 가른다…정기국회 현안입법 예산 초당적 협력 시급

충청 명운 가른다…정기국회 현안입법 예산 초당적 협력 시급

충청권 명운을 좌우할 정기국회가 다음달 1일 100일 간 대장정에 돌입하는 가운데 산적한 지역 현안 관철을 위해 초당적 협력이 시급하다. 행정수도특별법, 국군사 대전설치특별법 처리는 물론 정기국회 기간 로드맵이 공개될 것으로 보이는 공공기관 제2차 이전 등과 관련해 충청 여야의 총력전이 요구된다. 이와 함께 충청 100년을 좌지우지할 충청권 광역철도, 대전의료원, 청주공항 민간활주로 확충 등 예산 반영 및 증액에도 나서야 한다는 목소리가 높다. 국회는 다음달 1일 오후 2시 본회의장에서 정기국회 개회식을 연다. 7∼8일 교섭단체 대..

위기시 레버리지 등 투자상품 조정... 금융당국, 긴급조치권 확대 추진
위기시 레버리지 등 투자상품 조정... 금융당국, 긴급조치권 확대 추진

단일종목 레버리지 사태로 보완책을 고심 중인 정부가 시장위기 상황일 때 금융투자상품의 내용을 조정하는 방안을 들여다보고 있다. 증시 변수를 예측하기 어려운 만큼 이번 일을 계기로 증시 긴급조치권의 적용 대상을 금융투자상품으로 넓혀 필요시 적기 대응하도록 조정 권한을 미리 확보한다는 취지다. 30일 금융당국에 따르면 금융위원회는 시장 안정화와 투자자 보호가 필요한 상황에서 단일종목 레버리지를 포함한 금융투자상품 내용을 변경할 수 있도록 자본시장법 개정을 검토 중이다. 정부는 7월 30일 단일종목 레버리지의 추가 대책 하나로 해당 상품..

대전 미분양 1년 새 23% 증가… 중구 미분양 대폭 증가
대전 미분양 1년 새 23% 증가… 중구 미분양 대폭 증가

대전지역 미분양 주택이 1년 새 20% 넘게 증가한 것으로 나타났다. 특히 올해 들어 미분양 물량이 2000가구를 넘어선 가운데 전체 물량의 60% 이상이 중구에 집중되면서 원도심 주택시장에 부담이 커지고 있다. 대전시에 따르면 올해 6월 말 기준 지역 내 미분양 주택은 2044가구다. 지난해 6월 말 1663가구와 비교하면 381가구 늘어나 1년 사이 22.9% 증가했다. 올해 미분양은 연초부터 증가와 감소를 반복하면서도 전체적으로는 지난해보다 높은 수준을 유지했다. 1월 1549가구에서 2월 1752가구로 증가한 뒤 3월 160..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 여자부 8강 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 여자부 8강

  • 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 3~4학년부 4강전 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 3~4학년부 4강전

  • 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 5~6학년부 예선 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 초등 5~6학년부 예선

  • 가을을 재촉하는 비 가을을 재촉하는 비