레이저로 고해상도 가변형 색상 구현

염료 없이 레이저로 기판 표면의 산화철 높이 조절해 빛의 간섭 제어

□ 레이저를 이용해 금속기판에 산화철을 80nm 높이에서 200nm 높이까지 자유자재로 성장, 다양한 구조색을 표현하는 기술이 개발됐다.

○ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 홍석준 교수(한양대학교) 연구팀 등 국내 연구진이 레이저를 이용한 산화철 박막의 선택적 성장을 통해 금속 기판 상에 다양한 구조색을 구현했다고 밝혔다.

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

○ 표면의 미세한 홈을 만난 빛이 각기 다른 각도로 꺾여 여러 파장의 빛으로 분산되면서 나타나는 CD 뒷면의 무지개색이 구조색의 대표적 예이다.

※ 구조색(Structure coloration) : 기하학적 구조에 따른 빛의 간섭과 회절 등을 통해 나타나는 색, 대표적인 예로 공작의 날개깃털이 있다.

□ 기존에는 진공에서 물질 표면에 빔이나 가스를 조사하여 증착, 기하학적 미세구조를 형성하거나 미세구조 표면 높이를 조절하는 방식으로 구조색을 구현하려는 시도가 있었다.

○ 하지만 진공에서 진행되는 증착공정은 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

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

○ 레이저의 에너지, 노출시간 등을 조절하여 산화철 높이를 달리 성장시켜, 산화철에 닿는 빛의 간섭현상으로 다양한 색을 구현 하는 데 성공했다.

○ 나아가 형성된 산화철 박막을 제거하거나 산화철의 결정상 변화를 통해 이미 구현된 색을 수정할 수 있도록 했다. 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 설명이다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업 및 신진연구지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 9월 28일 게재되었다.