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신중훈 교수팀, 유리구슬 이용해 ‘몰포나비’구조 과학적으로 구현

KAIST(총장 서남표)는 “물리학과·나노과학기술대학원 신중훈 교수 연구팀이 무질서와 질서를 동시에 포함하는 구조를 유리구슬을 이용, 재현하는 데 성공했다”고 1일 밝혔다.

이번 연구 성과는 외부 빛을 반사시켜 화면에 출력하는 반사형 디스플레이를 구현할 수 있는 원천기술로 밝으면서도 전력소모가 매우 적은 디스플레이를 만들 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이와 함께 부분 노출 은선을 만들어 위조나 복제가 어려운 화폐를 만들 수 있고 기존의 색소에 의한 색과는 다르게 번쩍거리는 느낌을 주기 때문에 핸드폰이나 지갑 등의 코팅재로도 각광받을 것으로 예상된다.

‘몰포나비’는 밝은 구조 색을 가지면서도 다양한 각도에서 똑같은 푸른 빛깔을 낸다. 이는 질서와 무질서를 동시에 포함하는 몰포나비 날개의 독특한 구조 때문이다. 몰포나비의 날개 구조는 1μm(마이크로미터) 수준에서 관찰하면 주기적인 질서를 갖고 있는 것처럼 보이지만 100nm(나노미터)에서는 주기성을 상쇄시킬 수 있는 무질서함을 구조 속에 포함하고 있다. 그동안 학계에서는 나노미터 수준에서 질서와 무질서를 동시에 포함하는 구조를 완벽히 재현하는 데에는 성공하지 못했다.

신 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 다양한 크기를 갖는 수백 나노미터(nm) 크기의 유리구슬을 임의로 배열해 무질서함을 구현했다. 배열된 유리구슬 위에 반도체 증착 방법을 통해 주기적인 박막을 쌓아 넓은 면적의 몰포나비의 구조를 만드는 데 성공한 것.

새롭게 개발된 박막은 몰포나비의 색과 밝기의 재현을 넘어 실제 몰포나비 보다 각도에 따른 색의 변화가 훨씬 더 적은 우수한 성질을 지니고 있다. 또한 연구진은 이 박막을 얇은 플라스틱 필름 안에 파묻음으로써 몰포나비보다 우수한 성질을 유지하면서도 더욱 견고하고 종이처럼 접을 수 있는 신 개념 재료를 세계 최초로 구현해 냈다.

신중훈 교수는 “이번 연구 성과는 최근 각광받고 있는 생체모사 기술의 대표적 성공사례”라며 “구조색을 이용하는 반사형 디스플레이 뿐 아니라 센서, 패션 등 매우 다양한 분야에서도 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료분야 최고 권위 저널 중 하나인 어스밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)지 온라인 판에 게재됐으며 5월 8일자 내부 표지논문으로 게재될 예정이다. 지난 5월 3일에는 네이처(Nature)지에 주목받는 연구(Research Highlights)로 소개되기도 했다.

(몰포나비 : 남부와 중부 아메리카에서 주로 서식하는 나비 종. 80여 가지가 있으며 주로 파란 계열의 색을 띤다. 색이 좋기 때문에 관상용・전시용으로 많이 쓰인다.)

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