때때로 '시대가 아직 따라잡을 수 없는 기술'이 생겨나게 됩니다.
그 시대에는 활약하지 못하더라도 다른 다양한 기술이나 재료가 태어나고난 후에 그 진가를 발휘하기도 하는 것입니다.
최근에도 미국 매사추세츠공대(MIT) 기계공학과 소속된 벤자민 밀러 씨 연구팀이 19세기의 사진 기술을 재사용해서 카멜레온처럼 색깔이 변화하는 신소재를 개발하는 데 성공했습니다.
신축성이 있는 필름 소재로 늘어나면서 색상이 크게 변화하기 때문에 다양한 분야에 응용이 기대되고 있습니다.
본 연구에 대한 자세한 내용은 2022년 8월 1일자 과학지 'Nature Materials'에 게재되었습니다.
요약
- 리프만의 컬러 사진
- 카멜레온처럼 색이 변하는 유연한 소재 개발
리프만의 컬러 사진
세계 최초의 컬러 사진은 1861년 영국의 물리학자 제임스 클라크 맥스웰에 의해 고안되었습니다.
빛의 삼원색을 사용한 컬러 사진은 현대 기술의 기반이 되고 있습니다.
하지만 다른 방법으로 컬러 사진을 만들어 낸 사람도 있었습니다.
바로 룩셈부르크의 물리학자 가브리엘 리프만 씨입니다.
그는 빛의 간섭을 이용해 사진에 색을 재현하는 방법을 고안해서 1908년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
리프만씨의 컬러 사진은 거의 투명한 사진 유제(빛에 반응하는 물질) 뒤에 거울을 둔채 그 유제에 빛을 비추는 것으로 만들어집니다.
이것으로 인해 입사광과 반사광이 간섭됩니다.
그 효과를 이용해서 색을 입히는 것이죠.
이 방법으로 만들어진 사진에는 안료나 염료가 포함되어 있지 않아서 일정한 각도에서 보면 선명한 컬러가 재현됩니다.
이렇게 실제로는 색이 칠해져 있지 않은데도 빛의 회절 등을 이용해 만들어진 색을 구조색이라고 불립니다.
20세기 초에 이미 구조색으로 색을 입히는 기술이 실용화되어 있었다는게 놀랍습니다.
https://youtu.be/wfmPktW99Rc
다만 이 유제를 수작업으로 만들어야 했고 충분히 빛을 비춰주기 위해 며칠을 기다려야 했습니다.
그래서 뛰어난 기법임에도 불구하고 손이 많이가서 결국 역사 속에 묻혀버린 것 같습니다.
그런데 최근 들어 밀러 씨의 연구팀이 리프만 기법에 눈을 돌렸습니다.
당시의 기술로는 번거로움이 컸겠지만 최신 과학기술을 이용하면 이것들은 빠르게, 그리고 사진 이외의 분야에서도 응용할 수 있다고 생각한 것입니다.
카멜레온처럼 색이 변하는 유연한 소재 개발
연구팀은 자연에서 볼 수 있는 구조색을 확장성 있는 소재로도 재현하고 싶다고 생각했습니다.
그래서 눈여겨본 것이 리프만 기법과 현대 홀로그래피 재료의 조합입니다.
홀로그래피는 빛의 간섭,회절을 이용하여 3차원 상을 기록하는 기술로 지폐나 신용카드 등에 위조방지 목적으로 이용되고 있습니다.
그리고 현재의 홀로그래피 재료는 리프만이 이용한 사진 유제와 마찬가지로 빛에 반응하는 분자로 만들어져 있습니다.
게다가 연구팀에 따르면 최근 홀로그래피 재료는 매우 반응이 빠르기 때문에 리프만 기법과 결합하면 매우 빠른 구조색을 가진 소재를 만들 수 있다고 합니다.
연구에서는 신축성이 있는 투명한 홀로그램 필름을 거울처럼 반사되는 판에 붙이고 시중에 판매되는 프로젝터를 사용해서 몇 개의 영상 샘플을 투영했습니다.
그 결과 단 몇 분 만에 원화의 색깔을 그대로 재현한 듯한 크고 섬세한 이미지가 비춰졌습니다.
게다가 그 필름이 늘어나거나 얇아지게 되면, 미세 구조의 변화를 수반해서 다른 파장을 반사하며 색깔에도 큰 변화가 생기게 된 겁니다.
위 영상과 같이 당기면 색이 크게 변화합니다.
게다가 '손가락을 밀어올리'는 약간의 압력에도 반응하고 있어 지문을 확연히 보일 정도로 색깔이 바뀌었습니다.
연구팀은 또 적외선을 반사하는 미세구조를 통해서 '메시지 암호화'가 가능하다고 말합니다.
평소에는 아무것도 보이지 않지만 소재를 당겼을 때만 빨간색으로 메시지가 떠오르도록 할 수 있습니다.
그리고 이 소재는 일반적인 패션이나 섬유제품에 그치지 않고 다양한 분야에 응용될 수 있다고 생각됩니다.
미래에는 색의 변화에 따라 압력의 정도를 알려주는 붕대나 색으로 근육량을 측정하는 암밴드, 또 회전할 때마다 색이 변하는 수영복 등의 개발로 이어질지도 모르겠습니다.
https://youtu.be/3-BH7164GaM
관련원문은 아래링크를 참고하세요.
Scalable optical manufacture of dynamic structural colour in stretchable materials
https://www.stylec.co.kr/short/2IHyM5jB1e
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