고려대 연구팀 “‘밤의 여왕’을 살려냈다”

[이뉴스투데이 여용준 기자] 튤립 중에서도 독특한 색채를 지니고 있어 많은 예술가와 애호가들에게 ‘퀸오브나이트‘라고 불리는 튤립의 색을 모방하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. ’퀸오브나이트‘는 검은색에 가까운 보라색을 지니고 빛을 비추면 광택이 나면서 무지개색을 띄는 것이 특징이다. 

25일 고려대학교에 따르면 한창수 기계공학과 교수 연구팀은 나노기술을 이용해 광학적 효과를 내는 표면을 제작하고 플라스틱에 염료와 마이크로·나노패턴을 이용해 인공적인 튤립 꽃잎 제작에 성공했다. 

자연계에 존재하는 여러 꽃잎의 표면에는 계층구조가 형성돼 있으며 이러한 구조로 인해 광학적 효과가 나타난다. 구조색은 색채에 의존하지 않고 물체의 구조에 의해 나타나는 유채색을 의미한다. 

튤립 꽃잎의 표면은 마이크로사이즈 라인패턴 상에 나노사이즈 라인패턴이 형성돼 있는 계층구조를 이루고 있다. 빛의 간섭, 회절, 산란등의 복합적인 효과로 인해 반짝임과 무지갯빛의 특성이 나타난다. 해당 특성은 꿀벌과 같은 꽃가루 매개자를 끌어들여 수분할 수 있도록 도와주는 역할을 하게 된다. 

연구팀은 구조색 구현을 위해 소프트리소그래피로 나노사이즈의 라인패턴을 폴리머 기판 표면에 형성했다. 또 해당 기판의 인장 후 표면처리를 해 마이크로패턴을 형성했다. 이들 두 공정을 거쳐서 마이크로·나노 복합 계층구조를 제작했다.

소프트리소그래피(Soft-Lithography)는 리소그래피 기술 중 하나로 얻고자 하는 레플리카 몰드 상 프리폴리머를 부어 몰드 내부로 침투하게 한 뒤 경화시킨 후 몰드와 폴리머를 떼어내 패턴을 갖는 폴리머 기판을 얻는 공정을 말한다.

표면처리(UVOzone Treatment)는 폴리머 표면에 UV오존 처리를 해 기판 상부를 실리케이트화 하는 공정을 말한다. 해당 공정을 기판을 늘린 뒤 실행하고 기판을 놓아주게 되면 기판 상부와 하부의 모듈러스 차이에 의한 마이크로사이즈의 좌굴을 얻을 수 있다.

연구팀의 공정기술은 나노사이즈 패턴과 마이크로사이즈 패턴의 크기와 간격을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 또 낮은 비용과 짧은 시간 안에 제작 가능하다는 점도 주목할 만하다. 

연구팀이 개발한 구조색 폴리머 필름은 구부림, 누름, 늘림 등과 같은 다양한 움직임에도 광학 현상이 유지돼 휘어진 표면 등의 외관 필름으로 적합한 기능을 할 수 있다. 

이번 연구로 기존 산업에서는 쓰이는 염료에 의한 필름들에서는 볼 수 없는 광택과 윤택이 있는 무지갯빛을 띠는 차별화된 필름산업을 개척할 수 있을 것으로 기대된다. 

한창수 교수는 “이번 연구는 획기적인 마이크로/나노 복합 구조 패터닝기술을 통하여 기존의 색감을 초월한 필름 구조색을 구현했다. 이 기술로 스마트필름, 소형 전자기기, 인테리어, 외관 도장 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며 ACS 어플라이드 머터리얼즈 & 인터페이스지 온라인에 최근 게재됐다.