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KAIST 등 공동연구팀, 화학색소 없는 구조색 컬러인쇄 기술 개발

3차원 콜로이드 결정 구조 직접 인쇄…맞춤형 구조색 패턴 구현
광학 소자, 광학 센서 등 응용 기대

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-12-14 13:00 송고
직접 프린팅의 모식도(왼쪽)와 화학색소 없이 인쇄된 에펠탑 패턴 사진(오른쪽). (KAIST 제공) © 뉴스1
직접 프린팅의 모식도(왼쪽)와 화학색소 없이 인쇄된 에펠탑 패턴 사진(오른쪽). (KAIST 제공) © 뉴스1

KAIST 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 한국화학연구원 이수연 박사 연구팀과 공동 연구를 통해 자연을 모방한 구조색을 맞춤형으로 인쇄하는 기술을 개발했다.
광학 소자, 광학 센서, 위변조방지 소재 등에 적용이 기대된다.

14일 KAIST에 따르면 구조색이란 수컷 공작새의 깃털이나 카멜레온의 피부 등 화학 색소보다는 물체의 구조에 의해 나타나는 영롱하고 반짝이는 색을 말한다.

구조색을 인공적으로 형성하는 방법으로 콜로이드 나노입자를 3차원 결정 구조로 만드는 전략이 사용됐다.

그러나 일반적으로 콜로이드의 결정화는 까다로운 공정 조건과 긴 공정 시간을 요구하는 한계점이 있었다.
이에 공동연구팀은 새롭게 형성한 콜로이드 잉크의 인쇄 공정을 통해 콜로이드 결정을 패턴화할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

이를 통해 단순한 인쇄 공정으로 정교한 콜로이드 결정 구조 형성 및 패턴화가 가능했다.

특히, 인쇄를 통해 그래픽의 디자인, 색의 명도와 채도, 기계적 물성, 각도 의존성 등을 자유롭게 맞춤형으로 설계할 수 있었다.

기술의 핵심은 콜로이드 잉크의 최적화에 있다.

연구팀은 인쇄에 적합하도록 잉크의 물성을 제어함과 동시에 자발적인 콜로이드 결정 형성을 통해 우수한 광 특성을 발현할 수 있도록 잉크를 설계했다.

이를 통해 그래픽의 기본 성분인 선을 머리카락 굵기 수준의 높은 해상도로 최대 15㎜/s의 속도로 인쇄할 수 있었으며, 면의 경우 90%에 달하는 반사도를 달성할 수 있었다.

신축에 따라 변색하는 카멜레온 패턴(KAIST 제공)© 뉴스1
신축에 따라 변색하는 카멜레온 패턴(KAIST 제공)© 뉴스1

특히, 기존의 구조색 패턴 화법으로는 다색 패턴 형성이 매우 복잡한 공정을 요구하는 데 반해 연구팀은 서로 다른 잉크를 동시에 사용해도 서로 혼합되지 않도록 설계해 다색 패턴을 손쉽게 제작할 수 있었다.

새롭게 개발된 인쇄 방법은 유리, 금속, 플라스틱 등의 비흡수성 기판뿐만 아니라 천, 종이 등에도 인쇄 가능하다.

인쇄된 구조색 패턴은 각도에 따라 색이 변하며, 카멜레온과 같이 늘리거나 휘어 색이 변하도록 조절할 수 있다.

김신현 교수는 “새롭게 개발한 구조색 기반 컬러 인쇄 기술이 MZ 세대들에게 개성을 어필할 수 있는 새로운 도구가 될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 사이언스 자매지 ‘사이언스 어드밴시스’ 11월24일자 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr

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