레이저 유도 열수성장을 통한 실시간 색상구현 (한양대 기계설계공학과 이영근 연구원 제공) ©뉴스1

국내 연구진이 레이저를 이용해 금속기판에 산화철을 80nm 높이에서 200nm 높이까지 자유자재 성장을 통해 다양한 구조색을 표현하는 기술을 개발했다.

27일 한국연구재단은 한양대 홍석준 교수 연구팀 등 국내 연구진이 레이저를 이용한 산화철 박막의 선택적 성장을 통해 금속 기판 상에 다양한 구조색을 구현했다고 밝혔다.

물체의 기하학적 구조에 따른 빛의 회절이나 간섭 등으로 나타나는 구조색은 다양한 색의 염료 없이 구조만으로 다채로운 색을 구현할 수 있어 광전자 분야에서 연구가 활발하다.

표면의 미세한 홈을 만난 빛이 각기 다른 각도로 꺾여 여러 파장의 빛으로 분산되면서 나타나는 CD 뒷면의 무지개색이 구조색의 대표적 예이다. 기존에는 진공에서 물질 표면에 빔이나 가스를 조사해 증착, 기하학적 미세구조를 형성하거나 미세구조 표면 높이를 조절하는 방식으로 구조색을 구현하려는 시도가 있었다.

그러나, 진공에서 진행되는 증착공정은 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.

연구팀은 염화철, 질산나트륨 등 용액 속에 든 백금기판에 연속파 레이저를 조사, 기판 표면에 산화철을 성장시켰다.

레이저의 에너지, 노출시간 등을 조절해 산화철 높이를 달리 성장시켜 산화철에 닿는 빛의 간섭현상으로 다양한 색을 구현하는 데 성공했다.

레이저 유도 열수성장으로 제작된 다양한 색상 팔레트와 그림들. (한양대 기계설계공학과 이영근 연구원 제공) © 뉴스1

나아가 형성된 산화철 박막을 제거하거나 산화철의 결정상 변화를 통해 이미 구현된 색을 수정할 수 있도록 했다. 즉, 프로그래밍 하듯 광전자 장치를 조율할 수 있는 가능성을 보여준 것이다.

표면에 보이는 구조색은 빛의 흡수 및 반사와 관련되기에 광전소자 효율 향상에 이용될 수 있다.

기존 증착공정 기반 광전자 장치에서의 색상구현을 보다 간소화할 수 있는 실마리를 제시했다는 게 연구진의 설명이다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 9월28일자에 게재됐다.


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