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한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 기능성복합소재연구센터 이상석 연구원팀은 KAIST 생명화학공학과 김신현 교수팀과 공동으로 기름과 물이 분리되는 성질을 이용해 머리카락 굵기 수준의 두께로 여러 층이 반복되는 액정입자를 만드는 기술을 개발함.

지폐나 신분증에 빛을 여러 각도로 비춰보면 숨겨진 무늬가 드러남. 위조나 변조를 막기 위해 특수 소재를 덧입힌 것으로 빛에 따라 선택적으로 보이는 ‘광결정’ 소재라면 위변조 방지에 활용할 수 있음.

디스플레이에 주로 쓰이는 액정도 첨가물을 넣어 액정 분자를 나선형으로 만들면 특정 파장대의 빛만 반사하도록 만들 수 있음. 이를 반복적인 구조로 만들면 두 가지 이상 반사색을 갖게 해 정교한 위변조 방지 소재로 응용할 수 있음. 하지만 한 층씩 반복적으로 쌓으려면 정교한 설비들이 필요하다는 문제가 있었음.

연구팀은 기름에 잘 섞이는 액정과 물과 잘 섞이는 유기 알코올을 기름과 물을 동시에 녹이는 공용매에 넣고 균일하게 섞음. 이후 섞은 소재를 물에 조금씩 넣어 미세한 방울 형태로 만들었음. 그러자 바깥쪽은 물과 친한 알코올 성분이 빠져나가며 액정 농도가 높은 층이 생겨났고 이 층이 액정을 끌어당기며 아래쪽에는 다시 알코올 농도가 높은 층이 생겨났음. 이러한 현상은 액정의 내부까지 반복되는 것으로 나타났음.

액정이 여러 층에 걸쳐 쌓인 소재가 물속에 넣는 것만으로 스스로 만들어진 것임. 연구팀은 “혼합물의 비율에 따라 1~5층까지 여러 층으로 형성되며 자유롭게 제어할 수 있다”고 설명함. 분리 현상이 방울 내에서 진행되며 첨가물의 농도는 내부로 갈수록 점점 떨어지는 것으로 나타났음. 첨가물에 농도에 따라 나선형 구조가 바뀌므로 여러 색상을 반사하는 구조가 만들어진 것임.

이 연구원은 “간단한 방법으로 여러 층을 갖는 액정입자를 만들 수 있어 소재에 독특한 광학 특성을 부여하는 기능성 잉크로 활용될 것으로 기대한다”며 “이를 바탕으로 소재 복합화를 위한 다양한 기능성 입자 개발에 매진할 계획”이라고 말함.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ 지의 표지논문으로 게재됨.