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물-기름 분리 성질로 '지폐 위변조' 방지한다

이상석 KIST 연구팀·김신현 KAIST 연구팀 협업···액정입자 제조 기술 개발
머리카락 굵기 층 반복 구조···향후 기능성 잉크 대체 기대
KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 상 분리를 과정을 통해 형성된 여러 층을 갖는 액정입자. <사진=KIST 제공>KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 상 분리를 과정을 통해 형성된 여러 층을 갖는 액정입자. <사진=KIST 제공>

국내 연구진이 물과 기름을 이용해 손쉽게 지폐나 신분증 등의 색 변환 잉크를 대체할 수 있는 위변조 방지 소재를 개발했다. 

KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 이상석 전북분원 기능성복합소재연구센터 박사팀이 김신현 KAIST 생명화학공학과 교수팀과의 공동연구를 통해 기름과 물이 분리되는 성질을 이용, 머리카락 굵기 수준의 층이 반복되는 구조의 액정입자 제조 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

콜레스테릭 액정에 특정 첨가물을 혼합하면 액정 분자들이 자발적으로 회전해 나선형 구조가 형성된다. 이는 색소가 첨가되지 않아도 특정 빛을 선택적으로 반사해 색을 나타내는 광결정 소재이다. 이때 반사되는 빛은 나선형으로 회전하는 원편광 성질로, 조건에 따라 색을 나타내거나 사라지게 할 수 있어 빛을 활용한 위변조 방지 기술에 활용될 수 있다.

콜레스테릭 액정을 반복적인 구조로 만들면 두 가지 이상의 반사색을 동시에 갖는 소재를 개발할 수 있다. 여러 층을 통해 다양한 반사색을 갖는 액정입자는 정교한 위변조 방지 소재로 응용될 수 있다. 하지만 이는 세밀하게 설계된 장치를 활용해 한 층씩 반복적으로 쌓아야 한다는 단점이 있다.

공동연구팀은 기름과 친한 액정 물질과 물과 친한 보습제 유기 알코올을 혼합하기 위해 기름과 물에 동시에 녹는 공용매를 첨가, 세 가지 성분을 균일하게 혼합시켰다. 그 후 물에 유화(乳化)시켜 미세한 방울을 형성했다. 이때 서로 혼합되는 공용매와 보습제, 물 분자들이 미세한 방울의 계면을 통해 서로 교환돼 조성변화가 발생함에 따라 기름과 친한 층과 물에 친한 층으로 분리됐다.

반복되는 액정입자 구조는 초기 혼합물 비율에 따라 1~5층까지 여러 층으로 형성되며, 자유롭게 제어할 수 있었고 층마다 액정 물질 내 첨가물 농도가 변화해 다양한 구조색을 나타낼 수 있었다. 

이상석 KIST 박사는 "이번 성과는 매우 간단한 방법으로 여러 층을 갖는 액정입자를 만들 수 있어 소재에 독특한 광학 특성을 부여할 수 있는 기능성 잉크처럼 활용될 수 있을 것으로 기대한다"며 "이를 바탕으로 소재 복합화를 위한 다양한 기능성 입자 개발을 위해 매진할 계획"이라고 포부를 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 한-스위스 협력기반확충 사업으로 수행됐다. 연구결과는 소재 분야 권위지인 'Advanced Materials'(IF: 25.809, JCR 분야 상위 1.536%) 지난 29일 표지 논문으로 게재됐다.
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