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[사이테크 플러스] "앞면과 뒷면이 다른 '야누스' 유리 개발…가스센서 기능까지"

송고시간2020-10-29 12:00

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

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 투명한 유리의 앞면과 뒷면에 서로 다른 이미지와 색을 표현하고, 가스나 액체 등 외부 환경 요인을 감지해 경고 문구를 표시할 수 있는 초박막 '야누스' 유리를 개발했다.

양면 반전 이미징 반사형 광학야누스 기판 모식도
양면 반전 이미징 반사형 광학야누스 기판 모식도

[한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

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.

초박막 '야누스' 유리의 앞면과 뒷면 이미지 모습
초박막 '야누스' 유리의 앞면과 뒷면 이미지 모습

광학 야누스 원리로 제작된 전후 상이 색상의 양면 반전 이미징 기판의 노출 액체의 특성에 따른 정보 암호화 사진(위가 앞면, 아래가 뒷면) [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

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.

KIST 유용상 박사(왼쪽)와 경북대 이승열 교수
KIST 유용상 박사(왼쪽)와 경북대 이승열 교수

[한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

scitech@yna.co.kr

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