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. 대전 새 학기 첫날, '파업' 공무직 일단 웃으며 시작… 다음주 급식 파업 가능성도
  2. 유세종, 대한방사선사협회 26대 부회장 당선
  3. 택배 물류센터 직원이 41차례 택배 절취 '징역형'
  4. 대전 진보교육감 단일화 성광진·강재구 2인으로 진행… 30일 단일화 후보 발표
  5. 입학 했지만 졸업은 딴 곳에서…대전권 4년제 대학생 중도이탈 증가
  1. 충남 하천·계곡 불법 점용시설 뿌리 뽑는다
  2. 'BRT-지하철-CTX' 삼각축, 세종시 대중교통 혁신 약속
  3. 대전교육청 '테크센터' 올해도 가동… 학교 무선인터넷 장애 대응·디지털기기 관리 지원
  4. [제60회 납세자의날 기념식 성료] 대전지역 납세현장 곳곳 '감사의 물결'
  5. '황종우 해수부장관' 후보에 쏠린 기대...현안 매듭 푼다

헤드라인 뉴스


[기획시리즈-3] `금강수목원 국유화`가 답… 지선 이슈 부각

[기획시리즈-3] '금강수목원 국유화'가 답… 지선 이슈 부각

중부권 최대 규모 공립수목원으로 33년간 지역민의 발길이 끊이지 않았던 세종시 금남면 '금강수목원'. 그러나 지난해 7월 이후 이곳은 시간이 멈춘 듯 수개월째 정적에 휩싸여 있다. 수목원 내 충남도 산림자원연구소의 청양군 이전이 확정되면서다. 행정구역은 '세종시', 소유권은 '충남도'에 있는 모순을 풀 열쇠는 결국 이 곳의 산림자원을 어떻게 활용하느냐에 달려있다. 현재 충남도가 민간 매각 절차에 돌입한 가운데, 지역사회에서는 난개발을 우려하며 '국유화' 목소리를 키우고 있다. 중도일보는 6·3 지방선거를 앞두고 폐원 후 금강수목원의..

5일 6·3 지방선거 공직자 사퇴시한 금강벨트 출렁
5일 6·3 지방선거 공직자 사퇴시한 금강벨트 출렁

6·3 지방선거에 출마하는 공직자의 사퇴 시한을 코앞에 두고 여야 최대 격전지 금강벨트가 출렁이고 있다. 강훈식 대통령 비서실장 등 충청 출신 또는 충청권에서 공직을 수행하고 있는 인사들의 출격 여부에 충청권 판세가 요동칠 수 있기 때문이다. 4일 대전선관위 등에 따르면, 공직선거법에 따라 6·3 지방선거에 출마하려는 공직자는 선거 90일 전인 5일까지 직을 사퇴해야 한다. 우선 가장 주목받는 인물은 충남 아산이 고향으로 3선 의원 출신 강훈식 대통령 비서실장이다. 대전·충남 행정통합 논의가 본격화되면서 그는 통합특별시장 유력 후보..

“국힘과 이장우 시장·김태흠 지사는 행정통합 입장을 정하라”
“국힘과 이장우 시장·김태흠 지사는 행정통합 입장을 정하라”

더불어민주당 충남대전 통합 및 충청발전특별위원회는 4일 “국민의힘과 대전·충남 단체장은 행정통합에 대한 일관성 있는 입장을 정하라”고 촉구했다. 특위는 이날 논평을 내고, “김태흠 충남지사와 이장우 대전시장은 대전·충남 통합법안에 대해 '20조원 규모의 지원 방안이나 재원 마련 방식, 교부 기준이 누락되었다'는 이유로 반대 입장을 고수하고 있다”며 “이러한 주장은 설득력이 없다”고 밝혔다. 특위는 “국힘이 필리버스터까지 중단하며 처리를 촉구했던 대구·경북 통합법 역시 20조원 규모의 지원 방안 등의 내용이 구체적으로 명시되지 않았기..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 어린이보호구역 과속 금지 어린이보호구역 과속 금지

  • 3.8민주의거 역사적 의미 살펴보는 시민들 3.8민주의거 역사적 의미 살펴보는 시민들

  • ‘더 오르기 전에…’ 붐비는 주유소 ‘더 오르기 전에…’ 붐비는 주유소

  • 즐거운 입학식…‘반갑다 친구야’ 즐거운 입학식…‘반갑다 친구야’