연구성과

화공 김진곤-기계·화공 노준석 교수팀, 나노 아코디언으로 ‘투명망토’ 더 간단히 만든다

2018-05-08 577

[블록공중합체 이용 메타물질 제작법 개발]

김진곤교수,노준석교수

유명 판타지 소설 ‘해리포터’ 시리즈에 등장하는 마법 물품 중 하나인 ‘투명망토’는 오랜 시간 SF소설 속에나 등장하는 존재였다. 하지만, 최근에는 자연계에는 존재하지 않는 인공물질인 메타물질이 그 꿈을 이뤄줄 물질로 떠오르고 있다. 특히 금속으로 만들어진 메타물질은 자기공명이나 음의 굴절률을 조절하는 등 독특한 광학 성질을 가질 수 있어 학계와 산업계의 관심이 높다. 하지만, 이 물질은 전자빔이나 레이저로 식각하는 리소그라피 방식에 의존해와 제작 비용이나 시간이 많이 들어갈 뿐 아니라, 큰 면적으로 제작할 수 없다는 점이 문제로 제기되어 왔다.

화학공학과 김진곤 교수‧통합과정 김무성씨 연구팀은 화학공학과/기계공학과 노준석 교수‧통합과정 문정호씨 연구팀과 함께 블록공중합체의 자기조립 현상을 응용, 메타물질 기판을 만들 수 있는 은(銀) 아코디언 구조를 개발했다.

네이처가 출판하는 ‘NPG 아시아 머터리얼스(NPG Asia Materials)’지 온라인판을 통해 발표된 이 연구성과는 지금까지 메타물질 제작에 적용하기 어려운 것으로 알려졌던 블록공중합체를 사용한 점에서 관심을 모으고 있다.

블록공중합체는 단순한 나노구조로 되어 있어, 구조나 배열을 조절하면서 광학적 성질을 가지도록 하는 메타물질에 사용하기에는 어려움이 있었다. 이런 어려움을 해결하기 위해 연구팀은 블록공중합체에 가둠효과를 주는 방법을 선택했다.

나노 튜브 모양의 양극산화알루미늄 형판에 블록공중합체를 가두어 자기 조립하도록 하면, 두 개의 다른 나노 판상이 교대로 적층되는 막대기로 배열된다. 여기에 은을 증착하면 한쪽 나노판에만 은이 올라가 나노 크기의 아코디언 기판을 만들 수 있다. 이 구조는 은 반구와 은 줄무늬를 갖는 독특한 모양 때문에 가시광선과 적외선에서 빛의 투과도를 조절할 수 있게 된다.

연구를 주도한 김진곤 교수와 노준석 교수는 “이 기술은 메타물질 연구의 난제 중 하나로 손꼽히는 가시광선-적외선 영역에서 사용할 수 있는 광학 메타물질을 더 쉽게 대면적으로 만들 수 있는 기술”이라며, “앞으로 음의 굴절률을 조절할 수 있는 연구를 진행해, 이를 이용한 투명망토 상용화에도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 설명했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 ‘창의적 연구진흥 사업’, ‘전략연구사업(산업수학, 엑스프로젝트)’, ‘선도연구센터사업’, ‘글로벌프론티어사업’의 지원으로 수행됐다.