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·충남 '울고', 세종 '웃고'…건설업계 실적 지역 별 희비
  2. 6년간 활동한 해외 보이스피싱 조직 검거… 총책 2명 등 11명 구속
  3. 충남대, 목원대 중등교사 임용시험 합격생 대거 배출
  4. 대전 외지인 방문자 수 9000만명 돌파... 빵지순례·대형 쇼핑몰 등 영향
  5. 정상신 대전교육감 예비후보 "무기력한 대전교육… 잘할 것이란 주변 기대에 재도전 결심"
  1. 촉법소년 연령 하향 논의 본격화… 대전 편의점 절도 사건 재조명
  2. "졸속 추진 반대"… 충남 공직사회 및 시민단체, 대전·충남 행정통합 중단 촉구
  3. 대전·충남서 갑자기 내린 폭설… 가로수 부러져 길 막기도
  4. [대규모 해외 보이스피싱 조직 검거] 감금·범행 강요 확인… '음성 지문' 활용해 추가 피해자 특정
  5. 대전교육감 진보단일화 '삐걱' 경선 후보 등록 마감일 절반만 접수

헤드라인 뉴스


李 "대전충남 통합 공감 없이 강행안돼" 사실상 무산 시사

李 "대전충남 통합 공감 없이 강행안돼" 사실상 무산 시사

이재명 대통령은 24일 대전충남 행정통합과 관련 "천년의 역사를 가진 광역 행정구역 통합을 충분한 공감 없이 일방적으로 강행할 수는 없다"고 밝혔다. 이 대통령은 이날 국회 법제사법위원회가 대전충남 통합 특별법 처리를 보류한 뒤 자신의 X(옛 트위터)에 '충남 대전은 야당과 충남시도의회가 통합을 반대한다'는 글을 올려 이같이 말했다. 대전 충남 행정통합 드라이브를 걸기도 했던 이 대통령의 이런 언급은 지역 여론이 찬반으로 나뉜 상황에서 더 이상 추진은 어렵다는 뜻을 시사한 것으로 풀이된다. 국정 최고책임자의 이같은 발언으로 지난해..

"겨울철 대표 과일 딸기와 감귤 가격이 왜이래"... 두드러진 가격 인상폭
"겨울철 대표 과일 딸기와 감귤 가격이 왜이래"... 두드러진 가격 인상폭

겨울철 대표 과일인 딸기와 감귤 가격이 고가에 책정되며 주부들의 부담을 키우고 있다. 고온 현상으로 전체적인 생산량이 줄어들었고, 비가 자주 내리며 상품성이 떨어지며 가격을 끌어올린 것으로 보인다. 24일 한국농수산식품유통공사에 따르면 대전 딸기 100g 가격은 23일 기준 1950원으로, 1년 전(1782원)보다 9.43% 인상된 것으로 집계됐다. 평년 가격인 1518원과 비교하면 28.46% 인상된 수준이다. 평년 가격은 2021년부터 2025년까지 가격 중 최대·최소를 제외한 3년 평균치다. 딸기 가격은 1월 한때 2502원까..

고속철도 통합 첫걸음… KTX·SRT 교차운행 25일 시작
고속철도 통합 첫걸음… KTX·SRT 교차운행 25일 시작

정부가 고속철도 운영 통합을 위한 첫걸음을 내딛는다. 국토교통부와 한국철도공사(이하 코레일), 에스알은 이원화된 고속철도 통합 로드맵(2025년12월9일 발표)에 따라 추진 중인 KTX-SRT 시범 교차운행을 2월 25일부터 본격 시행한다고 24일 밝혔다. 이번 시범 교차운행은 서울역과 수서역 등 기·종점과 차종의 구분 없이 고속철도의 효율적이고 탄력적인 운영을 검증하는 과정이다. KTX는 수서역⇔부산역을, SRT은 서울역⇔부산역을 매일 각 1회 왕복 운행할 계획이며, 예매가 어려웠던 수서역에 SRT(410석) 대비 좌석수가 2배..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 3월부터 여권발급 수수료 2000원 인상 3월부터 여권발급 수수료 2000원 인상

  • 봄 시샘하는 폭설 봄 시샘하는 폭설

  • 101일 앞으로 다가온 지방선거 101일 앞으로 다가온 지방선거

  • 설 연휴가 남긴 ‘쓰레기 산’ 설 연휴가 남긴 ‘쓰레기 산’