국내 연구진이 구리가 녹스는 것을 미세하게 조절해 수 백 가지의 천연색을 구현하는데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 성균관대 물리학과, 부산대 광메카트로닉스공학과 공동연구팀은 구리 표면 산화층을 1~2㎚(나노미터) 수준으로 조절해 360가지 이상의 천연색을 만드는데 성공했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 9일자에 실렸다.

구리는 붉은 빛을 띄는 갈색이었다가 산화, 흔히 말하는 녹이 슬면서 청록색으로 바뀐다. 미국 뉴욕의 자유의 여신상처럼 구리 합금으로 만든 동상들이 청록색으로 띄는 이유기도 하다. 과학기술이 발달한 요즘도 금속 산화는 정복하지 못한 과제 중 하나이며 특히 구리의 산화는 규칙성이 없기 때문에 제어는 사실상 불가능한 것으로 알려져 있었다.

이에 연구팀은 자체 개발한 ‘원자 스퍼터링 에피택시’라는 장치를 이용해 원자 단위로 구리를 쌓아올리는 방식으로 0.2㎚ 두께의 평평한 단결정 구리박막을 만들었다. 이렇게 만든 구리 박막으로 구리 산화 방향을 제어하고 산화층 두께를 원자층 수준으로 조절하는데도 성공했다. 구리와 산화층 사이 경계에서 반사되는 빛이 산화층 두께에 따라 다른 파장을 갖기 때문에 산화층 두께를 달리해 360가지가 넘는 천연색을 구현할 수 있었다.

이 과정에서 연구팀은 레이저를 이용해 표면을 부분적으로 산화시킬수 있는 ‘산화 식각 리소그래피’ 기술도 개발했다. 산화를 식각기술에 처음으로 적용한 것이다. 연구진의 이번 기술을 활용하면 여러 이미지를 금속 표면에 새길 수 있기 때문에 복제 불가능한 암호식각, 반도체 소자 제작 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이영희 IBS 단장(성균관대 에너지과학과 교수)은 “이번 연구결과는 그동안 불가능했던 것으로 알려진 구리의 산화를 완벽하게 제어할 수 있게 돼 학문적으로나 산업적으로 중요한 의미를 갖는다”라며 “구리를 산화시켜 투명한 p형 산화물 반도체로 활용하는 것과 산화 식각으로 새로운 반도체 공정을 개발하는 연구를 수행할 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr