포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 손준우 신소재공학과 교수와 김영광 박사, 이동화 신소재공학과·첨단재료과학부 교수, 이준호 신소재공학과 박사 연구팀이 온도에 따라 색깔이 바뀌는 고체 산화물을 개발했다고 14일 밝혔다.
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. 특히 300℃ 높은 온도에서도 물질 열화 없이 가역적으로 변화가 이루어지는 것으로 확인됐다.
더 나아가 연구팀은 제일원리(First-principles) 계산을 사용해 열변색성 물질의 전자 구조를 규명함으로써 물질이 작동하는 원리를 최초로 밝혔다. 온도가 올라가면 물질의 전자 구조에서 밴드 갭이 줄어드는데 이에 따라 색깔이 바뀐다는 게 연구팀 설명이다.
이번 연구 성과를 활용하면 열화상 카메라 없이 직접 보기만 해도 생산 장비의 온도를 알 수 있다. 물질 작동 원리를 밝힘으로써 향후 온도에 따른 색깔 변화를 더욱 정밀하게 조절할 수 있단 가능성을 열었다.
한국연구재단 중견연구자사업과 기초연구실사업의 지원을 받아 이뤄진 이번 연구 성과는 최근 국제학술지 '머터리얼즈 호라이즌스' 속표지논문(Inside Front Cover)으로 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
