메타 물질 원천 소재 기술 개발

메타 물질 원천 소재 기술 개발

 

자연계에 없는 특성을 가진 메타 물질은 학계의 높은 관심을 받는 분야이다. 메타 물질을 언급할 때 가장 빈번하게 나오는 기술은 투명 망토이다. 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 극단적으로 제어하고, 음(-) 또는 제로(0) 굴절률까지 구현하는 게 핵심이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 이 메타 물질의 특성을 비교적 자유롭게 조절하면서도 기존 보다 더 쉽게 제작할 수​ 있는 핵심 원천 소재 기술을 개발했다고 2018년 08월 21일 밝혔다.

 

메타 물질은 일반적으로 금이나 은을 통해 만드는 것으로 알려졌다. 소재가 극히 제한돼 있어서 특성을 다양화하기 위해선 구조를 변경해야만 했다. 연구진은 메타 물질을 제작할 수 있는 새로운 물성을 가지는 소재를 구현했다. 연구진은 유리 기판 위에 200㎚급 은 나노입자로 이뤄진 나노 디스크 형태 패턴을 만들었다. 이후 산화 환원 반응 공정(갈바닉 치환 공정)을 통해 입자 하나 하나를 금으로 쌓아, 금과 은이 공존하는 소재를 성공적으로 제작했다.

 

제작 과정에서 금. 은 비율에 따라 물성을 조절할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 금. 은 이종 나노 소재 기반 메타 물질은 330도 이상 온도와 1％ 과산화 수소 용액에 2시간 이상에 노출되는 환경에서 은 나노 소재만 사용한 경우 보다 열화학적으로 안정적인 특성을 보였다. 그간의 용액 공정 기반 기술을 대면적 나노 공정이 가능한 나노 임프린트 공정으로 개선하는 성과도 얻었다.

 

용액에 넣고 빼거나 용액을 뿌리는 방식으로 메타 물질을 만들 수 있다는 뜻이다. 이 방식은 공정에 필요한 온도가 낮은 데다 대면적 고분자 유연 기판 위에서도 편리하게 제조할 수 있다는 장점이 있다. ETRI ICT(정보 통신 기술) 소재 연구 그룹 홍성훈 박사는 "태양 전지 플렉서블 전자 소자나 광대역 태양 에너지 흡수체 등 메타 물질 제작 활용 범위가 다양해질 것으로 전망한다"며 "균일성을 더 높인 메타 물질 제작 방법을 연구할 계획"이라고 말했다.

 

연구진은 이 기술을 3년 안에 산업체에 이전해서 고해상도 반사형 디스플레이나 고효율 광전 소자 등 상용화를 도울 방침이다. 이번 연구는 과학기술 정보통신부 가시광 파장용 나노 결정 기반 3차원 저손실 메타 소재 개발 사업과 '3차원(3D) 포토 일렉트로닉스 원천 기술 개발 사업의 하나로 진행했다. 성과를 담은 논문은 2018년 07월 06일 미국 화학회 응용 재료 인터페이스(AMI)에 실렸다.