자동차 색상을 카멜레온처럼 실시간으로 바꾼다

한국연구재단, 전기자극에 능동적으로 색 변하는 고체 유연 소재 개발

▲국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials) 표지논문(Back Cover) ⓒ한국연구재단

카멜레온이나 문어는 피부색을 바꾸기 위해 피부 속 광결정 구조의 간격을 조절한다.

또한 광결정은 특정 파장의 빛만 반사시키는 구조로써 광결정 구조의 간격에 따라 반사시킨 빛의 색깔을 바꿀 수 있다.

한국연구재단은 14일 서강대 박정열 연구팀이 카멜레온이나 문어의 색이 변하는 것처럼 별도의 염료 없이 전기자극을 통해 능동적으로 실시간 색이 변하는 전고체 유연 소재를 개발했다고 밝혔다.

기존 기술은 광결정 구조의 색을 변화시키기 위해 전해질, 액정, 용액 등 액체 환경을 갖춰야 해 플렉서블 형태로 구현하기 어렵고, 외부의 충격 또는 환경 변화에 취약한 한계가 있다.

연구팀은 고체로만 이루어진 소재에서 색이 변화하도록 제작하여 기존 액체 환경으로 인한 기술적 한계를 돌파했다.

▲ 카멜레온 피부의 색변화 원리를 모사한 전고체 상태의 광결정 기반 전기 가변형 유연소재 ⓒ한국연구재단

이번에 개발된 소재는 나노미터 규모의 유전탄성체 기반 소프트 액추에이터를 도입, 전기 자극에 따라 광결정 구조 간의 간격이 제어되면서 색을 변화시킨다.

유전탄성체는 전기활성고분자(EAP)의 한 종류로서 낮은 경도를 지니기 때문에 높은 변형을 구현할 수 있고 피로파괴 성능이 우수하며, 소프트 액추에이터는 생체 근육처럼 탄성력과 유연성을 갖고 있어 생체 근육의 움직임을 모사해 다양한 움직임을 가질 수 있는 구동기이다.

또한 빨간색부터 청록색까지 다양한 색상으로 바꿀 수 있고, 한번 변화되면 본래의 상태로 되돌아가지 않으려 하는 히스테리시스 현상을 거의 나타내지 않아 장기간 매우 안정적으로 작동했다.

특히 광결정 구조가 유연한 고체 필름 형태로 개발돼 3차원의 굴곡 표면에서도 거뜬히 능동적인 색변화를 보인다.

▲ 박정열 교수 ⓒ한국연구재단

박정열 교수는 “이 연구는 고분자 화합물 내 광결정 구조체의 간격을 제어해 능동적으로 색이 변하는 기술을 개발한 것”이라며, “눈부심 없이 읽을 수 있는 둘둘 말아서 보관하는 전자종이(rollable e-paper), 야외 광고게시판, 색을 바꿀 수 있는 자동차나 옷, 군사용 위장막 등 무수한 새로운 영역에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

이 연구 성과는 광학/재료분야 국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials) 10월21일에 Flexible All-Solid-State Electrically Tunable Photonic Crystals라는 논문 명으로 게재됐다.

또한 오는 12월3일 발간될 표지논문으로 선정됐다.