ETRI, 원하는 빛 흡수하는 '완전 흡수체' 개발

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빛 파장을 원하는 대로 흡수·반사하는 방식으로 기존보다 선명한 색상을 나타내는 메타물질 구조체가 개발됐다. 반사형 디스플레이나 태양전지, 위변조 방지 분야 기술을 고도화하고 효율을 높이는데 크게 기여할 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI·원장 김명준)은 나노결정 기반 메타물질을 활용해 기존보다 넓은 대역에서 빛을 흡수하는 '완전 흡수체' 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

ETRI가 개발한 은 나노결정 기반 메타물질 완전흡수체가 초록색을 반사해 나타내는 모습.
<ETRI가 개발한 은 나노결정 기반 메타물질 완전흡수체가 초록색을 반사해 나타내는 모습.>

완전 흡수체는 빛이나 전자파를 원하는 파장 영역에서 완전하게 흡수하는 소재를 뜻한다. 이번에 개발한 기술은 빛 흡수·반사에 치중했다. 빛 관련 완전 흡수체는 특정 빛 파장만 반사하는 식으로 원하는 색을 낸다. 그러나 기존에는 흡수 가능 대역이 좁아 선명한 색 구현이 어려웠다.

ETRI는 새로운 메타물질 완전 흡수체 구조를 구현해 이런 문제를 해결했다. 흡수체 표면에 금과 은 금속을 활용하던 기존과 달리 은 나노결정을 활용한 메타물질을 썼다. 은 나노결정은 표면 상호작용으로 흡수율과 대역폭을 넓힌다. 기존 28나노미터(㎚)던 흡수 대역폭을 10배가 넘는 300㎚까지 넓힌다. 흡수체 두께를 달리하는 식으로 반사색을 조절할 수 있는데, 표현 색 범위를 나타내는 '색 재현율'이 33.8%에 달한다.

홍성훈 ETRI 선임연구원(사진 왼쪽)과 김수정 고려대 박사과정(오른쪽)이 메타물질 박막두께를 조절하는 모습.
<홍성훈 ETRI 선임연구원(사진 왼쪽)과 김수정 고려대 박사과정(오른쪽)이 메타물질 박막두께를 조절하는 모습.>

이미 두께 100~200㎚, 가로·세로 2.5㎝ 크기 메타물질 완전 흡수체 제작에도 성공했다. 대면적·저비용 생산에 능한 용액공정을 썼다. 유연 기판이나 고분자 기판도 만들 수 있게 했다.

ETRI는 이 완전 흡수체 구조를 다양한 분야에 활용할 수 있다고 밝혔다. 외부 빛을 반사시켜 화면을 출력하는 '반사형 디스플레이'에 적용하면 기기 고화질화가 가능하다. 구조로 빛을 내는 방식이기 때문에 기기 저전력화에도 도움이 된다.

태양전지 빛 흡수 효율을 높이거나 다양한 색을 입힐 수 있고, 각종 위변조 방지 홀로그램을 구현하는 것도 가능하다.

홍성훈 ETRI 정보통신기술(ICT)소재연구그룹 박사는 “앞으로 원할 때마다 특성을 변경하는 연구와 흡수 대역을 넓히는 연구를 계속할 것”이라며 “디스플레이·태양전지 분야 기술이전도 추진하겠다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com