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. 시민 바람 이룰 '세종시장'은… 2차례 여론조사 주목
  2. 서산 운산의 봄, 꽃비로 물들다…문수사·개심사 일대 '힐링 명소' 각광
  3. LH, 지역난방 공급지역 취약계층 동절기 난방비 지원
  4. 천안법원, 노래방 손님에 마약상 알선한 베트남 여성 실형
  5. 세종교육감 2차례 여론조사… 단일화 효과 반영되나
  1. 아산시 '이충무공 대제' 개최
  2. 아산시, 맞춤형 여행 돕는 '관광택시' 본격 운행
  3. 아산시 중앙-탕정도서관. 문체부 인문학사업 연속 지원 기관 선정
  4. 아산시농협쌀조합공동법인, '2025 전국RPC 경영대상' 우수상 수상
  5. 아산시가족센터, '아름다운 부엌' 진행

헤드라인 뉴스


세 번째 도전 `백제왕도 특별법`, 또 본회의 문턱서 멈췄다

세 번째 도전 '백제왕도 특별법', 또 본회의 문턱서 멈췄다

법제사법위원회를 통과한 '백제왕도 핵심유적 보존·관리 특별법'이 본회의에 오르지 못하면서 또다시 제동이 걸렸다. 이미 두 차례 국회에서 임기만료로 폐기된 전례가 있는 만큼 세 번째 도전 역시 문턱에서 멈춘 것 아니냐는 우려가 커지고 있다. 26일 정치권과 국가유산청 등에 따르면, 해당 법안은 지난 22일 법사위 심사를 통과했지만, 이번 회기 본회의에는 상정되지 않았다. 대표발의자인 박수현 의원이 이달 29일 의원직 사퇴를 앞두고 있는 점까지 감안하면 다음 회기에서의 처리 여부가 사실상 법안의 향방을 가를 분수령이 될 것으로 보인다...

대전, 보문산 개발부터 오월드 재창조까지…관광 콘텐츠 확대
대전, 보문산 개발부터 오월드 재창조까지…관광 콘텐츠 확대

대전시는 관광도시로의 전환 흐름을 이어가기 위해 대규모 콘텐츠 사업을 본격화하고 있다. 꿈돌이 캐릭터와 영시축제, 빵의 도시 등으로 형성된 방문 수요를 체류형 관광으로 확장하기 위한 인프라 구축 단계에 들어갔다는 평가다. 핵심 축은 보문산 일대를 중심으로 한 '보물산 프로젝트'다. 당초 민자 유치 방식에서 벗어나 시 재정과 공기업 사업을 병행하는 구조로 전환하며 사업 추진 속도를 높였다. 오월드와 연계한 관광 동선을 중심으로 전망타워와 케이블카, 모노레일, 전기버스 등 친환경 교통수단을 연결해 보문산 전역의 접근성을 강화하는 것이..

정부 4차 유가 동결에도 대전 휘발유 3년9개월만에 2000원 돌파
정부 4차 유가 동결에도 대전 휘발유 3년9개월만에 2000원 돌파

대전지역 휘발유 평균 판매가격이 3년 9개월 만에 리터당 2000원을 돌파했다. 정부가 한 달가량 석유 최고가격제를 통해 가격을 통제해 왔지만, 운전자들이 체감하는 주유소 판매가격은 연일 오르는 모양새다. 26일 한국석유공사 유가정보시스템 오피넷에 따르면, 이날 오전 10시 기준 대전지역 휘발유 리터당 평균 판매가격은 2000.96원, 경유는 1995.05원으로 각각 전날보다 0.26원, 0.33원 오른 것으로 집계됐다. 앞서 정부는 24일 0시를 기해 4차 석유 최고가격을 2·3차와 동일한 휘발유 1934원, 경유 1923원으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 한밭수목원 봄 나들이 한밭수목원 봄 나들이

  • 내일부터 고유가 피해지원금 지급…첫 주는 출생년도 끝자리 요일제 적용 내일부터 고유가 피해지원금 지급…첫 주는 출생년도 끝자리 요일제 적용

  • 4차 석유 최고가격제 동결…저렴한 주유소로 몰리는 차량들 4차 석유 최고가격제 동결…저렴한 주유소로 몰리는 차량들

  • 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인