물·기름 분리 성질 이용해 ‘다층구조 액정 입자’ 제작

KIST 이상석 박사 "원편광 특성 액정입자…색변환 잉크 대체 위변조 방지 등 활용 기대"

한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 기능성복합소재연구센터 이상석 박사팀이 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김신현 교수팀과 함께 기름과 물이 분리되는 성질을 이용해 두께가 머리카락 굵기 정도인 액정이 여러 층을 이루는 액정 입자를 제조하는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 이 다층구조 액정입자가 반사하는 빛은 동그라미를 그리며 나선형으로 회전하는 원평광 특성이 있어 이를 잉크에 적용하면 색변환 잉크를 대체해 위변조 방지 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

디스플레이에 흔히 사용되는 액정 소재에 특정물질을 첨가하면 액정 분자가 자발적으로 회전해 나선형 구조를 이루는 콜레스테릭 액정이 된다. 콜레스테릭 액정은 색소를 첨가하지 않아도 구조에 의해 특정 파장대 빛을 반사해 색을 나타내는 광결정 소재다.

이때 반사되는 빛은 나선형으로 회전하는 원편광 특성을 지녀 조건에 따라 색을 나타내거나 사라지게 할 수 있어 위변조 방지 기술에 활용될 수 있다. 특히 콜레스테릭 액정을 여러 층으로 만들면 두 가지 이상의 반사색을 동시에 갖는 소재를 제작할 수 있어 정교한 위변조 방지 소재로 응용할 수 있다.

연구팀은 기름과 친한 액정 물질과 물과 친한 보습제인 유기 알코올이 동시에 녹는 공용매를 첨가해 세 가지 성분을 균일하게 혼합한 뒤 물에 유화(乳化) 시켜 두께가 머리카락 굵기 정도인 콜레스테릭 액정이 여러 층을 이루는 다층구조 액정입자를 만들었다.

액정과 보습제, 공용매 혼합액을 물에 유화시키면 공용매와 보습제, 물 분자들이 미세한 방울의 계면을 통해 서로 교환돼 조성 변화가 발생, 기름과 친한 층과 물에 친한 층으로 분리되면서 러시아 인형인 마트료시카처럼 액정 안에 액정이 있는 입자가 된다.

연구팀은 액정입자 구조는 초기 혼합물의 비율을 조정해 1~5층까지 자유롭게 제어할 수 있으며, 분리 현상이 방울 내에서 연속적으로 진행되면서 층마다 액정 물질 내 첨가물 농도가 변해 다양한 구조색을 나타낼 수 있다고 설명했다.

이상석 박사는 “이 기술을 활용하면 매우 간단한 방법으로 여러 층을 갖는 액정입자를 만들 수 있다”며 “소재에 독특한 광학 특성을 부여 할 수 있는 기능성 잉크처럼 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

KIST의 주요 사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 등 지원으로 수행된 이 연구 결과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials)에 게재됐다.

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