카멜레온처럼 전기로 색 변하는 소재 개발
카멜레온처럼 전기로 색 변하는 소재 개발
  • 함예솔
  • 승인 2018.11.15 00:55
  • 조회수 1212
  • 댓글 0
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카멜레온이나 문어의 색이 변하듯이 별도의 염료 없이 스스로 색이 변화하는 전고체 상태의 소재가 개발됐습니다. 서강대학교 박정열 교수 연구팀은 전기 자극을 통해 능동적으로 실시간 색이 변하는 전고체 유연 소재를 만들었는데요.

 

카멜레온처럼? 출처: fotolia
카멜레온처럼? 출처: fotolia

카멜레온이나 문어는 피부색을 바꾸기 위해 피부 속 광결정 구조의 간격을 조절합니다. 광결정은 특정 파장의 빛만 반사시키는 구조로써 광결정 구조의 간격에 따라 반사시킨 빛의 색깔이 다릅니다. 광결정에 의한 색은 색소나 염료에 의한 색에 비해 자연스럽고 다양한 색을 표현할 수 있습니다. 또한 광표백(photobleaching)이 없으며 LED, OLED 및 LCD와 같은 발광형 디스플레이에 비해 에너지 손실이 없이 자연스러운 색을 표현할 수 있다는 장점이 있습니다. 이에 자연계의 광결정 기반 색변화를 모사하려는 연구가 많은 관심을 받고있습니다.

 

하지만 광결정 구조의 색을 변화시키기 위해 기존 기술들은 전해질, 액정, 용액 등 액체 환경이 필요했습니다. 또한 플렉서블 형태로 구현하기 어렵고, 외부의 충격이나 환경 변화에 취약하다는 한계가 있었습니다. 

 

카멜레온 피부의 색변화 원리를 모사한 전고체 상태의 광결정 기반 전기 가변형 유연소재. 출처: 한국연구재단
카멜레온 피부의 색변화 원리를 모사한 전고체 상태의 광결정 기반 전기 가변형 유연소재. 출처: 한국연구재단

연구팀은 고체로만 이뤄진 소재에서 색이 변화하도록 제작해 기존 액체 환경으로 인한 기술적 한계를 돌파했습니다. 개발된 소재에는 나노미터 규모의 유전탄성체 기반 소프트 액추에이터가 도입돼 전기 자극에 따라 광결정 구조 간의 간격이 제어되면서 색이 변합니다. 참고로 유전탄성체는 전기활성고분자(EAP)의 한 종류로서 낮은 경도를 지니기 때문에 높은 변형을 구현할 수 있습니다. 소프트 액추에이터는 생체 근육처럼 탄성력과 유연성을 갖고 있어 생체 근육의 움직임을 모사해 다양한 움직임이 가능합니다.  

 

굴곡진 표면에서 작동하는 색변화. 출처: 한국연구재단
굴곡진 표면에서 작동하는 색변화. 출처: 한국연구재단

 

개발된 소재는 빨간색부터 청록색까지 130nm에 이르는 광범위한 가시광선 영역의 색상 변화가 가능합니다. 또한 한번 변화되면 본래의 상태로 되돌아가지 않으려 하는 히스테리시스 현상이 적고, 장기간 매우 안정적으로 작동합니다. 특히 광결정 구조가 유연한 고체 필름 형태로 개발돼 3차원의 굴곡 표면에서도 거뜬히 능동적인 색변화를 보입니다. 

 

국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials) 표지논문(Back Cover)으로 선정. 출처:한국연구재단
국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials) 표지논문(Back Cover)으로 선정. 출처:한국연구재단

박정열 교수는 "이 연구는 고분자 화합물 내 광결정 구조체의 간격을 제어해 능동적으로 색이 변하는 기술을 개발한 것"이라며 "눈부심 없이 읽을 수 있는 둘둘 말아서 보관하는 전자종이(rollable e-paper), 야외 광고게시판, 색을 바꿀 수 있는 자동차나 옷, 군사용 위장막 등 무수한 새로운 영역에 적용될 수 있을 것이다"고 전했습니다. 이 연구는 광학/재료분야 국제학술지 <어드밴스드 옵티컬 머티리얼스>에 게재됐습니다.  


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