카멜레온처럼 색깔 변하는 소재 나왔다

굴곡진 표면에서도 색변화.. 군사용 위장막 등 활용성 다양

서강대 연구진은 (그림1)카멜레온 피부의 색변화 원리를 모사한 전기 가변형 유연소재를 개발했다. 재료분야 학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스에 게재될 표지논문 사진의 일부분. 서강대 제공.

국내 연구진이 카멜레온이나 문어처럼 주변 환경에 따라 몸 색깔을 자유자재로 바꾸는 소재를 개발했다.  전차와 같은 군 장비의 위장, 시시각각 색이 변하는 건축물 외장 인테리어 등 다양한 분야에 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

박정열 서강대 기계공학과 교수팀은 전기 자극을 통해 능동적으로 실시간 색이 변하는 ‘고체 유연 소재’를 개발했다고 14일 밝혔다.

카멜레온은 피부색을 바꾸기 위해, 피부 속 광결정 구조의 간격을 조절한다. 광결정은 특정 파장의 빛만 반사 시키는데, 광결정 구조의 간격에 따라 반사시킨 빛의 색깔이 다르게 나타난다. 최근 이런 광결정 기반 색 변화를 모사하려는 연구가 많은 관심을 받고 있다.

기존 기술로는 광결정 구조를 변화시키려면 액체 물질이어야만 가능했다. 단단한 껍질 속에 액체를 넣어두는 방식으로 개발할 수는 있다. 이 경우 자유자재로 구부러지는 ‘플랙서블’ 형태로 제조하기가 쉽지 않았고 외부의 충격이나 환경 변화에 취약한 한계가 있다.

연구팀은 이 단점을 해결해 자유자재로 색이 바뀌는 고체 소재를 만드는데 처음으로 성공했다. 먼저 ㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m) 단위의 고분자로 만든 ‘유연성 구동장치’를 제작한 다음 이를 고체물질속에 섞어 넣어 전기 자극을 가했다. 초소형 구동장치가 물질 내부에서 광결정 구조 간격을 조절, 고체물질 내부에서도 바꿀 수 있도록 만들었다. 

이렇게 만든 소재는 빨간색부터 청록색까지 다양한 색상 변화가 가능했다. 한 번 색이 바뀌면 원래의 상태로 되돌아가지 않으려는 ‘히스테리시스’ 현상이 적어 시시각각 색을 바꾸는데 유리했다. 연구진은 이 소재를 유연한 고체 필름 형태로 만드는데도 성공했다. 이 필름을 입히면 다양한 형태의 물체도 색을 자유자재로 바꾼다.

박 교수는 “눈부심 없이 읽을 수 있는 둘둘 말리는 전자종이, 야외 광고게시판, 색을 바꿀 수 있는 자동차나 옷, 군사용 위장막 등 무수한 새로운 영역에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이 연구는 광학 및 재료분야 국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스 온라인판 10월 21일 게재됐다. 12월 3일 발간될 인쇄판엔 표지논문으로 실릴 예정이다.

카멜레온 피부의 색변화 원리를 모사한 ’전기 가변형 유연소재’의 원리. 서강대 제공.

[전승민 기자 enhanced@donga.com]