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김신현 교수, 故 신중훈 교수, 모든 색 낼 수 있는 무지개 미세입자 제조기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 김신현 교수와 나노과학기술대학원 故신중훈 교수, 충남대학교 신소재공학과 정종율 교수 공동 연구팀이 모든 색을 낼 수 있는 무지개 미세입자 기술을 개발했다.
반사색의 자유로운 조절이 가능한 무지개 미세입자는 햇빛 아래에서도 선명한 디스플레이 표시가 가능해 차세대 반사형 디스플레이의 핵심 소재로 사용될 수 있다.
이승열 학생이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 2월 7일자 온라인 판에 게재됐다.
오팔(opal), 모포(Morpho) 나비, 공작새의 깃털 등은 모두 색소 없이도 규칙적 나노구조를 이용해 아름다운 색깔을 구현한다는 공통점이 있다. 규칙적 나노구조는 빛의 간섭 현상을 통해 특정 파장의 빛만을 선택적으로 반사해 색소 없이도 색을 낼 수 있다.
이처럼 규칙적인 나노 구조를 통해 빛을 선택적으로 반사하는 물질을 광결정이라고 한다.
일반적으로 광결정은 한 색깔만 발현할 수 있기 때문에 다양한 색의 구현이 필수적으로 요구되는 반사형 디스플레이에 적용하기엔 한계가 있다.
연구팀은 광결정의 한계를 해결하기 위해 겨울철 눈이 동그란 구형 구조물에 쌓일 때 위치에 따라 눈의 두께가 달라지는 점에 주목했다. 이를 통해 하나의 광결정에 가시광선 전 영역의 반사색을 구현하는 데 성공했다.
구의 표면에 물질을 증착하면 위쪽인 정상 부분의 물질이 가장 두껍게 쌓이고 측면으로 갈수록 물질이 얇아진다. 연구팀은 규칙적인 구조를 형성하기 위해 두 가지 서로 다른 굴절률을 갖는 물질인 타이타니아(titania)와 실리카(silica)를 교대로 구형 미세입자에 증착했다.
이렇게 형성된 규칙적인 적층 구조는 정상 부분에서 굴절률 변화 주기가 가장 크고 측면으로 갈수록 작아지는 것을 확인했다.
이에 따라 미세 입자는 정상 부분에서 장파장의 빨간 빛을 반사하고 측면부에서는 단파장의 파란 빛을 반사할 수 있다. 또한 빨간색과 파란색 사이의 다른 모든 색깔도 구의 위치에 따라 상응하는 지점에서 반사할 수 있는 무지개 미세입자를 제작하는 데 성공했다.
제작된 여러 색깔 중 미세입자가 특정 색깔을 발현하도록 유도하고 제어하기 위한 방법으로 연구팀은 자성을 이용했다. 무지개 미세입자 표면에 자성을 띄는 철을 증착해 자석처럼 미세입자의 배향 방향을 자유롭게 제어할 수 있었고 이에 따라 사용자가 보는 색깔도 자유롭게 제어했다.
김 교수는 “이 연구 결과를 지난 2016년 9월 30일 불의의 사고로 고인이 된 나노광학 분야의 세계적 대가 故신중훈 교수에게 헌정한다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 산하 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 무지개 입자의 광학 현미경 사진과 입자 표면에 형성된 주기적 적층 구조의 주사전자현미경 사진
그림2. 외부 자기장에 따른 입자 배형 변화의 모식도 (상단), 배향 각도에 따른 색변화
그림3. 지개 입자 제조 방법 모식도
2017.02.15 조회수 12794 -
'올해의 젊은과학자상' KAIST 휩쓸어
신중훈ㆍ최인성ㆍ김은준 교수 등...5년간 年 3천만원 연구장려금 지급
과학기술부와 한국과학기술한림원은 "제8회 젊은 과학자상" 수상자로 변재형(38ㆍ포항공대 수학과), 신중훈(36ㆍKAIST 물리학과), 최인성(35ㆍKAIST 화학과), 김은준(40ㆍKAIST 생명과학과) 교수 등 4명을 선정했다고 26일 밝혔다.
특히 젊은 과학자상 수상에는 KAIST(한국과학기술원) 교수들이 4개 분야중 3개 분야를 휩쓰는 기염을 토해 냈다.
수학 분야 수상자인 변 교수는 대칭성 파괴와 특이 섭동(역학계에서 주요한 힘의 작용에 의한 운동이 부차적인 힘의 영향으로 교란되어 일어나는 운동)된 공간 위에서의 해(解:해법)의 구조를 비롯해 임계 진동수를 가진 스탠딩 웨이브의 존재성과 특이 섭동된 타원형 편미분 방정식에 관한 연구업적을 높이 평가받았다.
물리 분야 신 교수는 희토류 원소가 도핑된 나노결정 실리콘 박막 제작과 이의 성질 현상 연구, 제어 및 규명과 광학적 성질연구에 초점을 맞췄으며 광대역 통신ㆍ정보소자에 응용 가능한 연구업적을 인정받아 수상자로 선정됐다.
화학 분야 수상자인 최 교수는 나노 바이오센서 및 약물전달시스템과 생체친화성 고분자 코팅기술 연구를 비롯해 표면생유기화학 분야를 정립하고 분자단위에서의 표면 제어를 통한 나노-바이오기술 연구업적을 인정받았다.
생명과학 분야 수상자로 선정된 김 교수는 신경세포의 시냅스 생성과 관련된 분 자기전의 규명을 통해 밝혀진 시냅스 단백질들과 정신지체, 언어장애 및 근무력증 등 다양한 뇌질환과의 관련 여부에 관한 연구업적을 높이 평가받았다.
젊은 과학자상은 21세기 우리나라의 과학기술계를 이끌 40세 미만의 젊은과학자 를 발굴, 포상하는 제도로 1997년부터 자연과학 분야와 공학분야에서 번갈아 4명씩 선정하고 있다.
한편 시상식은 내년 2월경 청와대에서 대통령이 참석한 가운데 진행되며 수상자에게는 대통령 상장과 함께 5년간 연 3천만원의 연구장려금이 지급된다.
2004.12.27 조회수 22938