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2014년 4월 24일 목요일

모양과 색상을 바꾸는 카멜레온 크리스탈



(카멜레온의 모습    Chiswick Chap at wikipedia )  



 미시간 대학의 연구자들이 카멜레온 처럼 주변 빛에 의해 모양과 색상을 바꿀 수 있는 크리스탈을 개발하는데 성공했다고 합니다. 물론 실제 카멜레온이 이런 크리스탈을 사용하는 것은 아니지만 이 작은 크리스탈들은 빛을 비추면 모양을 바꾸는 특별한 재주가 있어 여러 분야에 응용이 가능할 것으로 연구팀은 기대하고 있습니다.  


 이 크리스탈들은 0.001 mm 에 불과한 작은 크기의 마이크로입자 (microparticle) 로 케로신과 비슷한 액체속을 떠다니고 있습니다. 연구의 주저자인 미시간 대학 화학 공학과의 대학원생인 김영리 (Youngri Kim, a doctoral student in chemical engineering.  성함으로 봤을 때 한국분이 확실한 듯) 는 여기에 자외선 (UV light) 를 빛추면 이 작은 입자들이 광유도 화학 반응 (Light-induced chemical reaction) 일으켜 특정 패턴으로 모이게 된다는 사실을 발견했습니다. 이 성질을 이용해서 연구팀은 미시건 대학의 이니셜인 M 을 나타나게 만들었습니다. (아래 동영상 참조)  



(Light can serve as a template to make particles form a crystal in the shape of a Block M, Michigan Engineering researchers have discovered. This experiment was conducted and recorded by Youngri Kim, a PhD student in the lab of Michael Solomon, a professor of chemical engineering. The technique could lead to materials that can change color on demand.    )



(Light can serve as a template to make particles form a void in the shape of a Block M, Michigan Engineering researchers have discovered. This experiment was conducted and recorded by Youngri Kim, a PhD student in the lab of Michael Solomon, a professor of chemical engineering. The technique could lead to materials that can change color on demand)


 위에서 볼 수 있듯이 이 신기한 입자들은 자외선에 따라서 양각이든 음각이든 특정 패턴으로 늘어설 수 있습니다. 따라서 자외선을 빛추는 방식으로 원하는 패턴으로 나열될 수 있는 것입니다. 지도 교수인 마이크 솔로몬 교수 (Mike Solomon, professor of chemical engineering) 및 공동 연구자인 아유시 샤 (Aayush Shah) 는 김영리와 함께 이 현상의 원리를 규명했습니다.  


 이 신기한 재주가 가능한 원리는 용액내의 이온의 흐름에 있습니다. 마이크로입자들이 음의 전하를 가지고 있을 때는 자외선이 비추는 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO) 부위에 입자들이 모이게 되며 반대로 양의 전하를 가지고 있을 때는 피하게 됩니다. 이 원리를 이용하면 M 자를 표시할 수도 있고 M 자 모양으로 빈공간이 생기게도 할 수 있습니다. 이 입자들은 빛이 사라지면 다시 주변 용액에 섞이면서 글자는 사라지게 됩니다.   


 연구팀은 이 신기한 재주를 여러 분야에 응용이 가능하다고 생각하고 있습니다. 예를 들어 약물 시약 반응의 마커로 사용한다든지 혹은 환경 부분에서 응용이 가능하다는 것입니다. 개인적으로 생각해본 것인데 이런 기능이 있다면 밴드나 모자 형태로 만들어서 자외선이 과다하면 특정한 글자가 노출되도록 하면 좋지 않을까 하는 생각도 드네요.  


 이 입자들은 파장에 따라서 다른 구조로 배열될 수 있기 때문에 다양한 색상을 표시할 수도 있다고 합니다. 결국 미래에 군사적인 카멜레온 위장등에도 응용될 지 모르겠습니다. 전환 속도가 느리기 때문에 당장에 디스플레이나 전자 잉크에 사용되는 건 무리일지 모르겠지만 태양빛이 비치면 다른 문양이나 글자가 나타는 옥외 광고판이나 벽화 등에도 응용될 수 있지 않을까 하는 생각입니다.


 물론 실제 실용화 여부는 시간을 두고 지켜봐야 알 수 있겠죠. 실용화는 항상 여러가지 이유에 의해 될 수 도 있고 아닐수도 있습니다. 다만 신기한 마이크로 입자들인 건 분명합니다. 이 연구는 Nature Communications 에 실렸습니다.  


 참고      


  




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