산하엽 꽃잎을 모방한 수분변색 필름이 맑았을 때(왼쪽)와 비에 젖었을 때의 투과도 변화.
비가 오거나 물에 젖으면 투명하게 변하는 산하엽 꽃잎 자연 모사
국민대학교(총장 임홍재) 응용화학부 나노소재전공ㆍ대학원 화학과 도영락 교수 연구팀이 고려대학교 신소재공학과 김웅 교수와 공동으로 비가 오거나 물에 젖으면 투명하게 변하는 산하엽 꽃잎을 자연 모사한 수분 변색 나노광학 필름을 개발했다고 18일 밝혔다.
산하엽 꽃잎의 특징은 평상시에는 느슨한 나노구조에서 기인하는 산란 효과로 인해 불투명한 흰색을 띠고 있지만 비가 오면 느슨한 구조에 물이 차 굴절률 차이가 줄어들면서 산란 기능이 사라져 꽃잎이 투명해진다는 점이다. 도 교수팀은 산하엽이라는 꽃잎에서 나타나는 현상을 분석하고 이를 모방해 비가 오면 투명해지고 맑은 날에는 하얗게 변하는 수분 변색 나노광학 필름을 개발했다.
폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 표면에 폴리스티렌 어레이(polystyrene array)를 이용해 산란을 유도하는 나노 반구가 배열된 구조체를 제조하고, 다양한 크기의 나노 구조체와 산란 관계를 정량적으로 해석하는데 성공한 것이다. 실험 결과 연구팀이 개발한 친환경적 투과도 변화 필름은 물의 유무에 따라 투명색과 흰색의 확산 투과도 값의 차이는 44.9%, 헤이즈(haze) 값의 차이도 54.9%에 이르는 것으로 나타났다.
이는 연구 결과가 스마트 윈도우, 잠수경, 위장 기술 등 다양한 분야에 적용 가능하다는 것을 의미한다. 대표적으로 빛의 투과율을 자유롭게 조절해 에너지를 절약할 수 있도록 해주는 스마트 윈도우(smart window)에도 현재 사용되고 있는 유리창의 시스템을 변화시키지 않고 간단한 필름만 부착해 창문의 색을 제어할 수 있는 가능성을 열었다.
연구책임을 맡은 도 교수는 “산하엽 꽃잎처럼 자연에서 볼 수 있는 나노구조를 통해 자연의 시스템을 모사해 응용하는 자연모사 기술의 중요성이 커지고 있다”며, “앞으로는 매우 적은 양의 물질과 에너지를 소비하면서 효율적이고 다양한 구조를 만들 수 있는 나노구조들이 에너지, 환경, 의료 등 우리가 직면하고 있는 다양한 문제들을 해결할 수 있는 미래 산업의 원천기술이 될 것”이라고 말했다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부ㆍ한국연구재단의 선도연구센터지원사업(ERC)과 뇌과학원천기술개발사업, 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 지난 4일에 나노분야 국제학술지 ‘ACS Applied Materials&Interfaces’에 속표지(Supplementary cover image) 논문으로 게재됐다.
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