온도에 따라 색깔이 바뀌는 컵을 사용하면 뜨거운 커피 등을 담은 컵에 손을 대보지 않고도 충분히 식었는지 확인할 수 있다. 산업 분야에서도 이러한 '카멜레온' 기술을 적용할 길이 열려 안전사고 예방에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

20일 포스텍(포항공과대)은 신소재공학과 손준우 교수·김영광 박사, 신소재공학과·첨단재료과학부 이동화 교수·신소재공학과 이준호 박사 연구팀이 온도에 따라 색깔이 바뀌는 고체 산화물을 개발했다고 밝혔다.

이 연구성과는 국제 학술지 '머터리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)'에 속표지 논문(Inside Front Cover)으로 최근 게재됐다.

▲ 열변색 산화물의 원리 개략도.

온도가 올라가면서 색깔이 변하는 물질은 대개 유기물로 만들어져 100도가 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. 특히 300℃의 높은 온도에서도 물질의 열화 없이 가역적으로 변화가 이뤄지는 것으로 확인됐다.

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)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 더 정밀하게 조절할 수 있는 가능성도 열었다.

이 연구는 한국연구재단 중견연구자사업과 기초연구실사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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