한양대 ERICA캠퍼스 홍석준 기계공학과 교수 연구팀이 레이저를 이용한 산화철 박막의 선택적 성장을 통해 금속 기판 상에 다양한 구조색을 구현했다.

물체가 지닌 고유색이 아니라 물체의 기하학적 구조에 따른 빛의 회절이나 간섭 등으로 나타나는 구조색은 다양한 색의 염료 없이 구조만으로 다채로운 색을 구현할 수 있어 특히 광전자 분야에서 연구가 활발하다. 표면의 미세한 홈을 만난 빛이 각기 다른 각도로 꺾여 여러 파장의 빛으로 분산되면서 나타나는 CD 뒷면의 무지개색이 구조색의 대표적 예다.

기존에는 진공에서 물질 표면에 빔이나 가스를 조사해 증착, 기하학적 미세구조를 형성하거나 미세구조 표면 높이를 조절하는 방식으로 구조색을 구현하려는 시도가 있었다. 하지만 진공에서 진행되는 증착공정은 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

홍 교수 연구팀은 먼저 염화철과 질산나트륨 등 용액 속에 든 백금기판에 연속파 레이저를 조사, 기판 표면에 산화철을 성장시켰다. 이후 레이저의 에너지, 노출시간 등을 조절해 산화철 높이를 달리 성장시켜, 산화철에 닿는 빛의 간섭현상으로 다양한 색을 구현하는 데 성공했다. 형성된 산화철 박막을 제거하거나 산화철의 결정상 변화를 통해 이미 구현된 색을 수정할 수 있도록 했다. 프로그래밍 하듯 광전자 장치를 조율할 수 있는 가능성을 보여준 것이다.

표면에 보이는 구조색은 빛의 흡수 및 반사와 관련되기에 광전소자 효율 향상에 이용될 수 있다. 기존 증착공정 기반 광전자 장치에서의 색상구현을 보다 간소화할 수 있는 실마리를 제시했다는 설명이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업 및 신진연구지원사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 9월 28일 자로 게재됐다.

한편, 홍 교수는 지난 2018년에 ERICA학술상 신진 연구자상을, 2019년에는 우수 교원상 국제논문 우수 피인용 부문을 수상한 바 있다.