December 14,2018

색 바뀌는 자동차·둘둘 말리는 전자종이 가능할까

카멜레온처럼 스스로 색 변하는 광결정 소재 개발

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국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼스' 표지논문에 실리는 서강대 박정열 교수 연구팀 성과 이미지

국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼스’ 표지논문에 실리는 서강대 박정열 교수 연구팀 성과 이미지 ⓒ 한국연구재단 제공

한국연구재단은 서강대 박정열 교수 연구팀이 전기 자극을 통해 능동적으로 색을 바꿀 수 있는 전고체(고체 전해질) 유연 소재를 개발했다고 14일 밝혔다.

카멜레온이나 문어는 피부색을 바꾸기 위해 피부 속 광결정 구조 간격을 조절한다.

광결정은 특정 파장의 빛만 반사하는 구조다.

구조의 간격에 따라 반사광 색깔이 다르다.

자연계의 이런 현상을 본뜨려는 연구는 많은 관심을 받고 있다.

그런데 기존 기술의 경우 전해질, 액정, 용액 등 액체 환경이 필요하다.

유연한 형태로 구현하기 어렵고, 외부 충격에 취약하다는 한계를 보일 수밖에 없다.

카멜레온 피부 색 변화 원리를 모사한 전고체 상태의 광결정 기반 전기 가변형 유연 소재 ⓒ 한국연구재단 제공

카멜레온 피부 색 변화 원리를 모사한 전고체 상태의 광결정 기반 전기 가변형 유연 소재 ⓒ 한국연구재단 제공

연구팀은 고체로만 이뤄진 소재에서 색이 변화하도록 제작했다.

나노미터 규모의 유전 탄성체 기반 소프트 액추에이터를 도입한 게 핵심이다.

소프트 액추에이터는 생체 근육처럼 탄성력과 유연성을 가진 구동 장치다.

해당 소재는 빨간색부터 청록색까지 다양한 변화를 보인다.

한번 색깔이 바뀌면 본래의 상태로 되돌아가지 않으려 하는 ‘히스테리시스’ 현상도 적다.

광결정 구조가 유연한 고체 필름 형태로 만든 만큼 3차원의 굴곡 표면에서도 능동적인 색 변화를 할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다.

박정열 교수는 “고분자 화합물 내 광결정 구조체 간격을 제어한 기술”이라며 “눈부심 없이 읽을 수 있는 둘둘 말이 전자종이, 색을 바꿀 수 있는 자동차, 군사용 위장막 등에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

다만 현재 유전 탄성체 기반 액추에이터를 작동시키기 위해선 다소 높은 전압과 함께 미리 일정한 힘을 줘야 하는 문제점이 있다.

연구팀은 재료 개선 연구를 진행해 낮은 전압에서 사전에 인가하는 힘 없이도 작동 가능한 액추에이터를 내놓기 위해 노력할 계획이라고 부연했다.

연구는 한국연구재단 기초연구사업(기초연구실)·학제간융합연구지원사업 지원으로 수행했다.

성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼스’(Advanced Optical Materials) 12월 3일 자 표지논문(Back Cover)으로 소개된다.

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