머리카락 굵기 수준의 여러 층으로 구성된 액정 입자를 손쉽게 형성
기름과 물이 분리되는 성질 이용, 기능성 입자로 활용 기대
[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내연구진이 지폐나 신분증 등의 색변환 잉크를 대체할 수 있는 위변조 방지 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 기능성복합소재연구센터 이상석 박사팀은 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김신현 교수팀과의 공동연구를 통해 기름과 물이 분리되는 성질을 이용해 머리카락 굵기 수준의 두께로 여러 층이 반복되는 구조의 액정입자를 손쉽게 만들 수 있는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
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| [서울=뉴스핌] 김지완 기자 = Advanced Materials 내부 표지 이미지. KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 여러 층을 갖는 액정입자의 모식도. [제공=KIST] 2020.07.30 swiss2pac@newspim.com |
디스플레이 장치에 흔히 사용되는 액정 소재에 특정 첨가물을 혼합해주면 액정 분자들이 자발적으로 회전하여 나선형 구조가 형성된다.
이러한 물질을 콜레스테릭 액정이라 하는데 이는 색소가 첨가되지 않아도 구조에 의해 특정 파장대의 빛을 선택적으로 반사하여 색을 나타내는 광결정 소재이다. 또한, 이때 반사되는 빛은 동그라미를 그리며 나선형으로 회전하는 원편광 성질을 지녀 조건에 따라 색을 나타내거나 사라지게 할 수 있어, 빛을 활용한 위변조 방지 기술에 활용될 수 있다.
이러한 광학 특성을 갖는 콜레스테릭 액정을 반복적인 구조로 만들면 두 가지 이상의 반사색을 동시에 갖는 소재를 개발할 수 있다. 여러 층을 통해 다양한 반사색을 갖는 액정입자는 정교한 위변조 방지 소재로 응용될 수 있다. 하지만 여러 층으로 구성된 소재를 만들기 위해서는 세밀하게 설계된 장치를 활용하여 한 층씩 반복적으로 쌓아 만들어야 해 이 복잡한 과정을 해결할 기술이 필요했다.
KIST-KAIST 공동연구팀은 기름과 친한 액정 물질과 물과 친한 보습제인 유기 알코올을 혼합하기 위해 기름과 물에 동시에 녹는 공용매를 첨가하여 세 가지 성분을 균일하게 혼합시켰다. 그 후 물에 유화(乳化)시켜 미세한 방울을 형성하였다. 이때 서로 혼합되는 공용매와 보습제, 물 분자들이 미세한 방울의 계면을 통해 서로 교환되어 조성변화가 발생함에 따라 기름과 친한 층과 물에 친한 층으로 분리되었다.
러시아 인형인 마트료시카처럼 반복되는 액정입자의 구조는 초기 혼합물의 비율에 따라 1~5층까지 여러 층으로 형성되며, 자유롭게 제어 할 수 있었다. 또한. 분리 현상이 방울 내에서 연속적으로 진행됨에 따라 층마다 액정 물질 내 첨가물의 농도가 변화하여 다양한 구조색을 나타낼 수 있었다. 이러한 혼합물의 유화 과정만을 통해 매우 손쉬운 방법으로 여러 층을 갖는 액정입자를 만드는 기술은 보고된바 없는 새로운 기술이다.
이상석 KIST 박사는 "이번 성과는 매우 간단한 방법으로 여러 층을 갖는 액정입자를 만들 수 있어 소재에 독특한 광학 특성을 부여 할 수 있는 기능성 잉크처럼 활용될 수 있을 것으로 기대한다"며 "이를 바탕으로 소재의 복합화를 위한 다양한 기능성 입자들의 개발을 위해 매진할 계획이다."라고 포부를 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 한-스위스 협력기반확충 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 권위지인 'Advanced Materials' (IF: 25.809, JCR 분야 상위 1.536%) 7월 29일에 표지 논문(Inside Cover)으로 게제됐다.
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