POSTECH 손준우·이동화 교수팀, 온도에 따라 색깔 바뀌는 고체 산화물 개발300℃의 고온에서도 변형 無…산업 적용 가능성↑
  • ▲ 반도체와 절연체에서 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로가 되는 에너지 영역, 전자의 전이가 허용되지 않는 구역.ⓒ포스텍
    ▲ 반도체와 절연체에서 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로가 되는 에너지 영역, 전자의 전이가 허용되지 않는 구역.ⓒ포스텍
    POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 신소재공학과 손준우 교수·김영광 박사, 신소재공학과·첨단재료과학부 이동화 교수·신소재공학과 이준호 박사 연구팀은 온도에 따라 색깔이 바뀌는 고체 산화물을 개발했다.

    300℃의 높은 온도까지 견딜 수 있는 물질로 산업 적용 가능성을 한층 높인 이 연구성과는 국제 학술지 ‘머터리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)’에 속표지논문(Inside Front Cover)으로 최근 게재됐다.

    온도가 올라가면서 색깔이 변하는 물질은 대개 유기물로 만들어져 100℃가 넘는 높은 온도에서 쉽게 열화됐다. 이 때문에 고온 공정이 필요한 산업에 활용하기는 어려웠다.

    연구팀은 높은 온도에서도 견딜 수 있도록 고체 산화물로 열변색성 물질을 만들었다. 연구 결과, 상온(25℃)에서 투명한 색을 띠던 이 물질은 온도가 높아질수록 노란색으로 변했다. 

    300℃의 높은 온도에서도 물질의 열화 없이 가역적으로 변화가 이뤄지는 것으로 확인됐다.

    나아가, 연구팀은 제일원리(First-principles) 계산을 사용해 열변색성 물질의 전자 구조를 규명함으로써 물질이 작동하는 원리를 최초로 밝혔다. 

    온도가 올라가면 물질의 전자 구조에서 밴드 갭(Band Gap)1)이 줄어드는데, 이에 따라 색깔이 바뀐다는 게 연구팀의 설명이다.

    이 연구성과를 활용하면 열화상카메라 없이 직접 보기만 해도 생산 장비의 온도를 알 수 있다. 물질의 작동 원리를 밝힘으로써, 향후 온도에 따른 색깔의 변화를 더욱 정밀하게 조절할 수 있는 가능성을 열기도 했다.

    한편, 이 연구는 한국연구재단 중견연구자사업과 기초연구실사업의 지원을 받아 이뤄졌다.