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‘맞춤 생산’ 가능한 메타물질 개발

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‘맞춤 생산’ 가능한 메타물질 개발

2018.08.21 13:59
국내 연구진이 특성을 자유롭게 변경해 생산할 수 있는 신개념 메타물질을 개발했다. 실험에 사용한 기판과 용액(잉크) - 한국전자통신연구원 제공
국내 연구진이 특성을 자유롭게 변경해 생산할 수 있는 신개념 메타물질을 개발했다. 실험에 사용한 기판과 용액(잉크) - 한국전자통신연구원 제공

국내 연구진이 투명 망토나 스텔스기에 사용되는 ‘메타 물질‘ 특성을 자유롭게 바꿀 수 있는 방법을 개발했다.

 

홍성훈 한국전자통신연구원(ETRI) ICT소재연구그룹 프로젝트리더 연구진과 고려대 연구진은 자유롭게 휘어지는 ‘특성 조절 플렉서블 메타물질 제작 기술’을 개발했다고 21일 밝혔다.

 

메타물질은 자연계에는 없는 특성을 가진 투명망토 제작에 활용할 수 있다. 투명망토는 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 제어해 음(-)이나 제로(0) 굴절률까지 구현한 기술이다.  소리의 영역도 마찬가지다. 빛의 굴절을 제어하여 망토가 투명해졌듯이, 음향의 굴절률을 제로로 제어한다면 음파로 탐지하는 수중에서 투명 망토와 같은 스텔스 효과를 낼 수 있다

 

메타물질은 구조나 입자의 배열에 따라 특성이 바뀐다. 필요할 때마다 구조와 배열을 바꾸면 활용 범위가 넓어진다. 학계는 이를 활용하면 고해상도 홀로그램과 디스플레이, 고집적 광회로, 고효율의 태양전지 성능을 지금보다 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

 

연구진은 이 점에 착안해 특성을 자유자재로 바꾸어 생산할 수 있는 메타물질을 새로 만들었다. 유리 기판 위에 200nm(나노미터, 1nm는 10억분의 1m)크기의 매우 작은 은 나노입자를 쌓아 원판(디스크) 형태의 패턴을 만든 뒤 다시 금 입자를 쌓아 금과 은이 공존하는 물질을 만들었다. 

 

이 물질은 기존에 니켈 소재 등으로 만들던 메타물질보다 성능이 3배나 개선됐다. 원판의 크기, 배치 등을 조절하면 특정 전파에 대해 반응하는 맞춤형 메타물질을 제작할 수 있다. 안정성 역시 크게 향상됐다.  330도 이상의 온도와 1% 과산화수소 용액에서 2시간 이상에 노출되는 환경에서도 안정성을 보이는 것으로 나타났다. 

 

연구진은 이번에 개발한 메타물질의 제조 공정과 함께 대량 생산에 사용될 소재를 개발했다. 기존에도 정보통신기술(ICT) 관련 기술에 메타물질을 이용하는 경우가 있었다. 하지만 반도체를 만드는 공정과 비슷해 제조에 시간과 비용이 많이 들어간다. 연구진은 필요한 소재를 녹여 프린트하는 ‘나노 임프린트 공정’을 적용해 손쉬운 제작이 가능하도록 했다고 소개했다. 또 기업체에 기술을 이전해 고해상도 반사형 디스플레이, 고효율 광전소자 등을 개발하기로 했다. 

 

홍성훈 책임연구원 ”이번 기술개발로 메타물질 및 활용 범위가 다양해질 것“이라며 ”향후 자유롭게 휘어지는 ‘플렉서블 메타물질’ 제작 방법을 연구할 계획”이라고 말했다. 이 연구성과는 미국화학회가 발행하는 나노분야 국제학술지인 ‘응용재료 인터페이스’온라인판에 지난달 6일 소개됐다. 

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