한국과학기술원(KAIST)은 자연계에서 볼 수 있는 구조색의 원리를 이용해 화학 색소를 사용하지 않고 조선시대 일월오봉도를 구현하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

구조색은 색소에 의한 색이 아니라 물체의 나노 구조가 빛을 반사하면서 나타나는 색상이다. 몰포 나비의 날개나 팬서 카멜레온 피부 등이 대표적인 구조색의 예이다. 구조에 따라 색이 달라지기 때문에 한 가지 소재로도 다양한 색을 낼 수 있다. 다만 규칙적인 나노 구조를 인공적으로 구현하는 기술은 난도가 높고, 다양한 색을 내기 위한 정교한 패턴을 만들기 쉽지 않다.

김신현 교수 연구팀은 반구 형태의 미세구조를 정밀하게 패턴화해 다양한 구조색을 낼 수 있는 기술을 개발했다.

뒤집어진 반구 모양의 미세 구조체에 빛이 입사하면 곡면에 따라 재귀반사가 일어나는데, 반구의 지름이 10㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ)일 때 재귀반사가 일어나는 서로 다른 경로의 빛이 간섭하면서 구조색이 나타난다. 물감을 섞듯 서로 다른 크기의 반구를 배열함으로써 발현 색을 무한하게 늘릴 수 있다.

반도체 광식각 공정을 이용해 감광성 재료를 패턴화한 뒤 온도를 올려 곡면 형태로 만드는 방법으로 반구형 미세구조를 제작했다. 색은 빛의 각도나 보는 방향에 따라 달라진다. 패턴의 한쪽 방향으로만 색깔이 나타나며 반대편으로는 투명한 야누스적 특징을 보인다. 화학 색소를 사용하지 않아 퇴색 없이 컬러 그래픽을 영구 보존할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김신현 교수는 "새로운 형태의 예술 작품을 표현하거나 광학 소자·센서, 위변조 방지 소재, 심미성 포토카드 등에 다양하게 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'(Advanced Materials) 지난 5일 자에 실렸다.