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이화여대 연구팀, 친환경 고채도 ‘구조색’으로 세계 최고 해상도 기록
이화여대 연구팀, 친환경 고채도 ‘구조색’으로 세계 최고 해상도 기록
  • 허정윤
  • 승인 2019.10.25 11:06
  • 댓글 0
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이화여자대학교(총장 김혜숙) 화학·나노과학전공 김동하-현가담 교수 공동연구팀이 고채도 구조색을 구현하여 세계 최고 해상도 기록을 세우고 세계적으로 권위 있는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 연구 성과를 게재했다.
 
이화여대 화학/나노과학 전공 김동하 교수(좌)-현가담 교수(우) ⓒ이화여대
이화여대 화학/나노과학 전공 김동하 교수(좌)-현가담 교수(우) ⓒ이화여대

이번 연구는 ‘Ultrahigh Resolution and Color Gamut with Scattering-Reducing Transmissive Pixels’라는 제목으로 지난 21일 네이처 커뮤니케이션즈에 게재되었으며, 이번 연구는 이준상 연구원과 박지연 석사과정생이 주저자로 참여하고 김동하-현가담 교수가 교신 저자로 연구를 수행했다.

빛을 흡수하여 색을 발휘하는 안료나 염료와는 달리, 구조색은 구조로 인한 빛의 간섭현상으로 발생하는 색을 나타낸다. 이러한 구조색은 푸른 새의 깃털과 나비의 날개 등에서 관찰되는 현상으로, 구조의 화학적인 물성이 아닌 광학적인 성질에서 그 메커니즘이 기인된다. 최근 환경오염을 초래하고 사람에게도 해로운 안료와 염료의 대안으로써, 친환경적이며 인체에 무해한 구조색에 대한 관심이 급증하고 있다.
 

구조색의 구조체 크기는 수백 나노미터 수준의 빛의 파장보다 작아도 색이 발현될 수 있기 때문에 현재 상용화된 최고 해상도의 디스플레이의 화소 보다 그 크기가 수만 배 더 작아질 수 있다. 기존에는 이러한 작은 화소 크기를 구현하기 위해서는 금속 요소를 사용했으나, 이는 빛을 흡수하는 효과를 초래하여 색의 채도가 저하되는 문제를 초래했다.

이화여대 김동하-현가담 교수 공동연구진은 구조색 화소의 소형화를 금속의 흡수가 아닌 금속의 산란 억제라는 새로운 메커니즘을 기반으로 구조색 화소 소형화를 실현하여 색의 높은 채도를 유지하는 동시에 세계 최고 기록의 해상도 달성에 성공했다.
 

이번 연구는 향후 일반 카메라의 해상도를 수백 배 뛰어넘는 수준의 초고해상도가 요구되는 스냅샷 초분광이미징 카메라 등에 활용이 가능하다. 스냅샷 초분광이미징은 한 번의 촬영으로 사물의 화학적 성분을 분해할 수 있는 기술이다. 또한, 정보 저장 매체의 데이터양을 크게 향상할 수 있는 기반을 제공하여 암호해독, 최첨단 디스플레이 등의 분야에도 적용할 수 있다.

김동하 교수는 고분자 하이브리드 나노소재를 활용하여 최근 나노·바이오 과학계의 화두인 에너지·환경·디스플레이·메모리·생의학적 진단 및 치료 등 다학제 융복합 분야에 대한 연구를 통해 다양한 신규 가치를 창출하고 있다. 김 교수는 그동안 학문적 성과를 바탕으로 정부포상 대통령 표창(2019), 과학기술정보통신부 장관표창(2017), 고분자학회 KOPTRI 고분자학술상(2019)·중견학술상(2015), 공업화학회 이앤에프 창의혁신상(2018) 등을 수상했고, 과학기술정보통신부 '국가연구개발 우수성과 100선'(2017, 2018), 이화 펠로우(2015, 2018)에 선정됐다. 이 외에도 영국왕립화학회 발간 ‘나노스케일(Nanoscale)’의 부편집장, 네이처 출판사 발간 저널 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'의 편집 위원 및 영국왕립화학회 발간 '재료화학회지A(Journal of Materials Chemistry A)', ‘나노스케일 호라이즌(Nanoscale Horizons)'의 자문 위원 등으로 위촉되어 활동 중이다.


현가담 교수는 나노구조체 설계 및 나노광학을 근간으로 빛의 산란과 흡수를 중심으로 다기능 구조색, 외부 자극에 반응하는 구조색, 전자파 제어, 태양전지의 광설계, 빛의 제어가 가능한 얇은 메타표면 등의 주제에 관한 연구를 수행하고 있다. 현가담 교수는 코넬대학교에서 물리학 박사학위를 취득한 후 노스웨스턴대학 재료공학과에서 박사후연구원으로 근무한 후 2015년 이화여대 화학나노과학과에 부임했다. 현가담 교수는 빛의 산란과 흡수 관련 연구결과를 최근 Nano Letters, ACS Nano, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces 등의 세계적인 수준의 저널에 게재했으며, 다수의 관련 특허 출원 및 등록했다.

 

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