“앞면과 뒷면이 다른 ‘야누스’ 유리 개발…가스센서 기능까지”

KIST·경북대 연구팀 "가스감지·정보암호화 가능…제조공정 단순 상용화 가능성 커"

국내 연구진이 투명한 유리의 앞면과 뒷면에 서로 다른 이미지와 색을 표현하고, 가스나 액체 등 외부 환경 요인을 감지해 경고 문구를 표시할 수 있는 초박막 ‘야뉴스’ 유리를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 29일 센서시스템연구센터 유용상 박사팀이 경북대 전자공학부 이승열 교수팀과 함께 유리 표면에 200㎚(나노미터 : 10억분의 1m) 두께의 금속-유전체-금속 박막을 형성, 앞면과 뒷면에 다른 색이나 이미지를 표현하고 외부 환경 요인을 감지해 색이 변하는 초박막형 양면 반전 유리를 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 빛이 반투명 유리면에 반사 혹은 통과될 때 관찰자의 위치에 따라 앞면과 뒷면이 서로 다른 색상을 띠는 광학현상인 ‘광학야누스 효과’를 이용했다.

유리 표면에 머리카락 지름의 1천분의 1 정도인 25㎚ 두께 금(Au) 박막층을 만들고 그 위에 전기적 유도 작용을 일으키는 물질인 투명 유전체를 150㎚ 두께로 형성한 뒤 그 위에 다시 35㎚ 두께의 금(Au) 나노입자 박막층을 만들었다.

이렇게 제작한 금속-유전체-금속(MDM) 구조체는 상부 금속층과 하부 금속층을 구성하는 나노층의 구성비가 달라 유리의 앞면과 뒷면이 다른 색상으로 보이는 ‘광학 야누스 효과’를 보이게 된다.

연구팀은 또 상부 금속층을 가스나 각종 용액 등 유체가 스며들 수 있게 나노입자 사이에 틈(gap)이 있는 박막층으로 제작해 외부에 특정 가스 등이 있으면 스며든 가스가 유전체에 작용해 색이나 이미지가 변하거나 메시지나 심볼 등 정보가 나타나거나 사라질 수 있게 했다.

연구진은 초박막형 야누스 유리는 염료를 사용하지 않고도 다양한 색상을 표현할 수 있는 응용기술로 반영구적으로 색상을 유지할 수 있고 공작새 깃털처럼 보는 각도에 따라 다른 화려한 색을 보여 인테리어용 컬러필터로도 활용할 수 있다며 이 기술은 단순한 증착 공정으로 저렴하게 나노구조를 만들 수 있어 상용화를 위한 응용 가능성도 높다고 설명했다.

유용상 박사는 “관찰하는 면에 따라 보이는 유리의 이미지가 달라지는 이 기술은 광학 스위치, 광소자 저장기기로도 응용 가능성 매우 크다”며 “외부 가스, 액체, 온도, 습도에 따라 색이 변하는 유리창 제작 등에는 바로 적용할 수 있어 수소 유출을 감지할 수 있는 수소저장용 유리 창고나 수소 센서로 사용하기 위한 추가 실험을 진행 중”이라고 밝혔다.

이 연구 결과는 광학 분야 국제학술지 ‘빛 : 과학과 응용'(Light: Science and Applications) 최신호에 게재됐다.

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