은 나노결정 기반 메타물질 완전흡수체(오른쪽)와 은 나노결정 용액 [ETRI 제공]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국전자통신연구원(ETRI)은 전보다 선명하고 더 다양한 색상을 표현할 수 있는 메타물질 완전흡수체 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

메타물질은 자연에 있는 물질 구조나 배열 형태를 바꾼 인공 소재다.

이른바 '투명망토'처럼 자연에 없는 특성을 낼 수 있을 것으로 기대를 모은다. 얇거나 작고 가벼운 형태로 다룰 수도 있다.

기존의 메타물질 완전흡수체는 가시광 파장 영역 중 좁은 대역에서만 쓸 수 있었다. 선명한 색상(반사 색상) 구현이 어렵다는 뜻이다.

ETRI 연구진은 흡수 대역폭을 늘려 색 재현율을 높이고, 원하는 색상을 쉽게 제작할 수 있도록 만드는 데 성공했다.

완전흡수체를 구성하는 층의 요소에 변화를 주면서 한계를 극복했다.

흡수체는 주로 금속과 절연체를 이용해 3개의 층으로 만든다.

ETRI 홍성훈 선임연구원(앞)과 김수정 고려대 박사과정생이 증착공정을 통해 메타 물질 박막 두께를 조절하는 모습 [ETRI 제공]

연구진은 꼭대기 층의 금속을 나노 결정 메타물질 소재로 대체했다.

금속 기반 흡수체의 경우 흡수 대역폭이 28㎚이지만, 나노결정 흡수체는 300㎚까지 넓어졌다.

아울러 연구진은 메타물질 완전흡수체의 두께를 달리하면서 원하는 색을 구현할 수 있게 했다.

공정은 증착이 아닌 용액 방식을 택했다.

대면적에 낮은 공정 비용으로 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다고 연구팀은 설명했다. 유연한 기판 제조 가능성도 높다.

연구팀은 100∼200㎚ 두께에 가로와 세로 각각 2.5㎝ 크기의 은 나노결정 기반 플렉서블 메타 물질을 만들었는데, 이는 하나의 픽셀(pixel)에 적용할 수 있다.

이번 성과는 반사 형 디스플레이 기술 개선에 쓰일 수 있다.

별도의 광원 없이 빛을 이용해 정보를 표시하는 형태로, 눈의 피로가 적어 전자책에 주로 적용된다.

나노결정 기반 메타물질 완전흡수체를 구성하는 층별 물질 [ETRI 제공]

옥외 스크린, 홀로그램, 지폐 위·변조 방지 등에도 활용할 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다.

ETRI ICT 소재연구그룹 홍성훈 박사는 "원할 때마다 마음대로 특성을 변경할 수 있는 능동 메타물질 연구를 이어갈 것"이라며 "흡수 대역을 넓혀 색 재현율을 더 높이는 방법도 찾아낼 계획"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 가시광 파장용 나노결정 기반 3차원 저손실 메타 소재 개발 사업·3차원 포토 일렉트로닉스 원천기술 개발 사업의 하나로 진행했다.

고려대 김수정 박사과정생이 1 저자로 이름을 올린 논문은 지난 2월 미국화학회 국제학술지 '응용재료 인터페이스'(AMI)에 온라인판에 실렸다.

walden@yna.co.kr



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