▲ (左부터)각 증착을 사용하여 제작한 샘플의 색채 값, 증착각도 및 두께에 따른 제작 샘플 사진.

국내 연구진이 두께로 색을 조절하던 기존의 방법을 넘어 증착각도를 이용해 금속에 다양한 색을 입히는 방법을 개발했다. 나노단위의 초박막의 코팅과 단순한 공정으로 향후 웨어러블 기기, 디스플레이, 태양전지 등의 유연소자 분야에도 응용이 기대된다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 송영민 광주과학기술원 교수·장경인 대구경북과학기술원 교수 연구팀이 금속에 수 나노미터의 반도체를 다양한 각도에서 코팅해 더 진하고 미세한 색 변화를 조절하는데 성공했다고 지난 8일 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 바꾼 것이다.

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

이에 연구팀은 금 표면에 물질을 비스듬히 입사시켜 증착하는 방법인 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.

반도체 물질과 금속을 이용한 초박막 구조에 다공성을 적용함으로써 기존의 두께로만 색을 조절하는 것을 넘어 다공성으로 색을 미세 조절할 수 있고 높은 색순도를 구현할 수 있으므로 앞으로의 초박막 구조의 응용에 있어서 다양한 색을 구현할 수 있을 것으로 기대된다.

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

한편, 해당 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(집단연구)의 지원으로 수행되었다. 나노분야 국제 학술지인 나노스케일(Nanoscale) 12월9일자에 게재됐다.