금·은 등 금속의 고유한 색 바뀐다

[산업일보]
금(gold), 은, 알루미늄의 고유색을 바꿀 수 있을까? 한국연구재단(이사장 조무제)은 송영민 교수(광주과학기술원)‧장경인 교수(대구경북과학기술원) 연구팀이 금속에 수 나노미터의 반도체를 다양한 각도에서 코팅해 더 진하고 미세한 색 변화를 조절하게 됐다고 밝혔다.

연구팀은 금속에 반도체 물질을 수 나노미터 두께의 초박막으로 코팅해 금속과 반도체의 표면에서 반사된 빛이 강한 박막 간섭을 일으켰다. 이를 통해 금, 은 등 금속의 고유색을 바꾸는 데 성공했다.

금(gold) 위에 코팅하는 게르마늄 반도체의 초박막 두께에 따라 색이 달라진다는 기존 연구가 있었으나 색의 변화가 급격하고, 진하게 색을 입히기가 어려운 한계가 지적됐다.

연구팀은 금(gold) 표면에 빗각증착법을 사용해 5~25 나노미터의 얇은 게르마늄 막을 입혔다. 그 결과, 게르마늄 코팅의 두께와 증착각도에 따라 노란색, 주황색, 파랑색, 보라색 등 다양한 색을 원하는 대로 만들어낼 수 있었다.

빗각증착법은 게르마늄층의 높은 복소 굴절률을 줄이기 위해 선택한 방법이다. 비스듬히 입사하는 방법으로 게르마늄에 작은 구멍을 많이 낸 다공성을 적용하면 복소 굴절률을 줄일 수 있다.

송영민 교수는 “이 연구성과는 5~25 나노미터 두께의 초박막 반도체로 금속의 색을 기존보다 더 다양하게 바꾸는 방법을 개발한 것이다. 향후 건물 외벽 등 다양한 목적으로 사용되는 태양전지, 웨어러블 기기, 디스플레이, 금속 시각 예술, 보석 등에 적용할 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구에 따르면, 반도체 물질과 금속을 이용한 초박막 구조에 다공성을 적용해 두께로만 색을 조절하는 기존 방법을 넘어 색을 미세 조절할 수 있고 높은 색순도를 구현할 수 있다. 앞으로의 초박막 구조의 응용에 있어 다양한 색을 구현할 수 있을 것이다.

나노미터 단위의 초박막으로 제작이 용이한 구조이므로 웨어러블 기기, 디스플레이, 태양전지 등의 유연소자 분야에도 응용될 수 있을 것으로 예상된다.

금속 소재의 색상변화에 관한 연구는 광학적 및 색채학적 측면에서 그 의미가 있으며, 특히 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 있다.

이 연구성과는 미래창조과학부‧한국연구재단의 기초연구사업(집단연구)의 지원으로 수행됐으며, 나노분야 국제 학술지인 나노스케일(Nanoscale)에 게재됐다.