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신소재공학과 김정환 교수 연구팀, 국제 저명 학술지 ‘Small’ 논문 게재 새글
작성자기획과 조회수15 등록일2025-11-17
사진설명: 국립한밭대학교 신소재공학과 황해인 석사연구원(왼쪽)과 김정환 교수
- ‘나노 패턴으로 색을 새기다’, 정밀 기계 가공과 선택적 화학 식각으로 구현한 차세대 구조색 보안 기술
□ 우리 대학 신소재공학과 김정환 교수(교신저자)와 황해인 석사연구원(제1저자)의 연구 논문이 나노과학 분야의 국제 저명 학술지인 ‘Small’(Impact Factor 12.1, JCR 7%)에 게재됐다고 밝혔다.
○ 본 논문 제목은 ‘Realizing Structural Coloration via Lamellar Nanostructures Formed by Precise Mechanical Patterning and Selective Etching of Metal Multilayer Films’이다.
○ 이번 연구는 자연계 몰포(Morpho) 나비의 푸른 날개색을 모사한 나노 라멜라(Lamellar) 구조를 정밀 기계 가공과 선택적 화학 식각 기술을 통해 구현한 것으로, 이를 통해 빛의 간섭 현상에 기반한 구조색(Structural Color)을 실험적으로 개발했다.
○ 표면 구조색은 기존 염료(Dye) 기반 색상 표현 방법과 달리 염색 과정에서 발생하는 환경오염을 줄일 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라, 나노 패턴과 결합할 경우 복제가 사실상 불가능하여 위조 방지 소자로의 응용 가능성도 높다.
사진설명: 관찰 방향에 따라 색이 보이거나 사라지는 방향 의존형 보안 패턴
□ 김 교수 연구팀은 이러한 구조색 구현을 위해 포토리소그래피나 플라즈마 식각 등 고비용 반도체 공정 대신, 상대적으로 저비용, 대면적 공정이 가능한 초정밀 기계가공(Ultra-precision machining)과 선택적 화학 식각을 이용해 나노스케일 금속 다층막 표면 패턴을 형성하는 데 성공했다.
○ 특히 절삭 깊이를 정밀하게 제어하여 단층(SLL) 및 이중층(DLL) 라멜라 구조 구현이 가능하며, 단층 구조는 각도에 따라 색이 변하는 무지개빛(Iridescent) 특성을, 이중 구조는 관찰 각도와 무관한 안정적인 청색(Angle-independent blue)을 나타내 하나의 소자 내에서 다양한 패턴을 부여할 수 있다고 제시했다.
○ 또한, 관찰 방향에 따라 색이 보이거나 사라지는 방향 의존형 보안 패턴도 구현함으로써 위조 방지, 정품 인증, 고보안 디스플레이 등 광보안(Photonic security) 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
○ 그리고, 저온 원자층증착(ALD) 공정을 통해 나노 라멜라 구조 위 알루미나(Al2O3) 인캡슐레이션을 실행하여 다습한 환경에서도 구조의 변형 없이 선명한 구조색을 유지시켜 구조체의 내습성·내산화 안정성을 향상시켰다.
□ 김정환 교수는 “이번 연구는 복잡한 반도체 공정을 거치지 않고도나노 패턴기반의 구조색을 구현할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다”며, “정밀 기계가공을 활용한 친환경 구조색 기술은 대면적화와 비용 절감이 가능해 향후 위조방지, 정품인증, 차세대 광소자 등 다양한 산업 분야로의 응용이 기대된다”고 밝혔다.
□ 한편, 이번 연구는 한국기계연구원 유영은 책임연구원과의 공동연구로 진행됐으며, 지난 12일 국제학술지 ‘Small’에 온라인 게재됐다.