이승우 교수팀, PNAS지 논문 발표: 색소 없이 선명한 모든색을 구현하는 에너지세이빙 구조색 페인트 개발

 

고려대학교 KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과 이승우 교수팀은 금-실리카 나노입자와 빛 산란 설계를 결합하여, 염료 없이도 빨강·초록·파랑을 “빛을 반사하여” 선명하게 표현할 수 있는 “구조색 페인트”를 개발하였다. 특히 기존 구조색 소재에서 가장 구현하기 어려웠던 선명한 빨간색을 보는 각도에 거의 상관없이 나타내는 데 성공하였다. 본 연구 결과는 2026년 5월 27일 세계적 학술지인 미국국립과학원회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS))지에 게재 승인되었다.

구조색은 나비 날개나 공작 깃털처럼 색소(dye, 염료분자)가 아니라, 아주 작은 구조가 빛을 골라 반사하면서 만들어지는 색이다. 기존 페인트와 다르게 태양광을 흡수하지 않고 반사하여 색을 내기 때문에 건물/차량 내부 온도 상승을 효과적으로 억제하여 에너지세이빙 효과를 기대할 수 있다. 더불어 색소를 쓰지 않아 색이 바래거나 화학 염료가 흘러나오는 문제를 줄일 수 있어 차세대 색 구현 기술로 주목받고 있다. 그러나 기존 구조색은 보는 방향에 따라 색이 무지갯빛처럼 바뀌거나, 특히 빨간색이 분홍색 또는 흰색처럼 탁해지는 한계가 있었다.

빨간색 구조색이 어려운 이유는 나노입자 하나하나가 파란빛을 강하게 흩뿌리는 성질 때문이다. 빨간색을 만들려면 긴 파장 영역의 빛만 잘 반사되어야 하지만, 입자에서 새어 나오는 파란 배경빛이 함께 섞이면 색이 흐려진다. 연구팀은 이 문제를 “파란빛은 줄이고, 필요한 빨간빛은 남기는” 방식으로 해결하였다.

연구팀은 약 20 nm 크기의 금 중심부와 실리카 껍질로 이루어진 금-실리카 코어-쉘 나노입자(Au@SiO2)를 자외선으로 굳는 투명 수지 안에 분산시켰다. 금 중심부는 500 nm 이하의 짧은 파장, 즉 파란빛 영역을 선택적으로 흡수해 불필요한 파란 배경빛을 줄이고, 수지는 실리카와 굴절률을 맞춰 빛이 여기저기 흩어지는 현상을 억제한다. 또한 소금 농도를 조절해 입자들이 완전히 규칙적인 결정이 아니라, 유리처럼 무질서하지만 가까운 거리에서는 질서를 갖는 “광자유리” 구조를 형성하도록 하였다.

그 결과 230 nm 크기의 금-실리카 입자를 이용한 필름은 600~800 nm의 붉은빛 영역에 반사광을 집중시켜, 파란빛 섞임이 거의 없는 선명한 빨간색을 구현하였다. 입자의 크기를 160 nm, 180 nm, 230 nm로 조절하면 파랑, 초록, 빨강 색을 만들 수 있어 가시광 전 영역의 구조색 팔레트를 구현할 수 있다.

이 구조색 소재는 액체 수지 형태로 보관하고 칠할 수 있으며, 붓으로 그림을 그린 뒤 자외선으로 빠르게 굳히면 대면적 코팅과 정교한 다색 그래픽을 만들 수 있다. 연구팀은 야외 햇빛 아래에서도 색이 밝고 각도에 따라 크게 변하지 않는 것을 확인하였다. 본 기술은 친환경/에너지세이빙 색소 대체, 위조방지 표식, 장식용 코팅, 디스플레이 및 건축 외장재 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

- 저자정보: 전유원 석사(공동제1저자), 이재원 박사(공동제1저자), 조용덕, 박민영, 김경수, 곽소율, 이승우 교수(교신저자, 이상 모두 고려대학교 소속) (총 7명)

- 논문명: Metallodielectric photonic glass paints enable hyperchromatic, angle-independent structural color across the full visible spectrum

- 논문게재지: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) (2026, Vol. 123, e2608405123, https://doi.org/10.1073/pnas.2608405123)

연락처: 교신저자 이승우 교수 010-3755-7942, email: seungwoo@korea.ac.kr