빛바램 없는 색을 향한 고순도 구조색 안료 개발

고려대 이승우 교수팀 파노 간섭으로 공진 선명도 높여 Q값 최대 약 15

단일 성분 금·셀레늄 콜로이드보다 색 선택성 높이고 색 표현 범위 확대

분자 염료 없이 색 구현  오래 색을 간직하는 도료와 잉크의 개발 가능성

물 기반 잉크와 UV 경화 수지에 배합  별이 빛나는 밤과 컬러필터로 시연

그림 1  나노입자 잉크로 다시 그린 ‘별이 빛나는 밤’. 왼쪽은 만년필로 그리는 모습, 오른쪽은 완성한 그림이다. 고흐의 원작을 모티프로 연구진이 직접 그리고 촬영했다. 왼쪽과 오른쪽 눈금은 각각 1 cm와 6 cm다.

고려대학교 KU-KIST융합대학원·공과대학 융합에너지공학과 이승우 교수 연구팀이 빛을 정교하게 선택해 높은 색순도를 구현하는 구조색 나노안료를 개발했다. 금과 셀레늄을 결합해 단일 성분 나노입자 안료의 넓은 공진 반응을 좁히고, 단일 입자 광학 계산에서 공진의 선명도를 나타내는 Q값을 최대 약 15까지 얻었다.

‘영원히 바래지 않는 그림’을 만들 수 있을까. 연구팀은 분자 염료 대신 입자의 크기와 구조로 색을 만드는 잉크를 만년필에 넣어, 빈센트 반 고흐의 ‘별이 빛나는 밤’을 종이 위에 직접 그렸다. 염료 분자가 빛에 의해 분해되며 색을 잃는 퇴색 경로를 피하면서, 오래 색을 간직하는 도료와 잉크를 개발할 가능성을 보여준다.

조용덕 연구교수가 주도한 연구의 또 다른 강점은 배합 가능성이다. 금 중심부를 셀레늄 껍질로 감싼 입자를 물 기반 잉크와 자외선(UV) 경화 수지에 넣어 실제 색 구현에 활용했다. 높은 색 선택성을 갖는 입자 설계와 액상 배합을 연결해, 도료·인쇄 잉크·광학 코팅 업계가 검토할 새로운 안료의 방향을 제시했다.

기존 단일 성분 콜로이드 안료는 빛에 반응하는 파장 범위가 넓어 색순도를 높이는 데 한계가 있었다. 연구팀은 금 중심부와 셀레늄 껍질의 빛 공진이 서로 간섭하도록 설계했다. 이러한 ‘파노형 간섭’으로 특정 파장에 대한 반응을 뚜렷하게 만들고, 금이나 셀레늄만으로 만든 입자보다 색순도를 높이며 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혔다.

Q-factor는 공진이 얼마나 좁은 파장 범위에 집중되는지를 나타내는 지표다. 논문에서 비교한 가시광 안료용 금 콜로이드의 Q값은 통상 약 10 미만인 반면, 이번 입자의 Q값은 최대 약 15다. 이 값은 단일 입자의 전기쌍극자 산란 반응을 계산해 평가한 결과다. 색순도에는 흡수와 다른 공진도 영향을 주므로, Q값과 함께 실제 색 좌표를 비교해 색 표현의 개선을 확인했다.

배합과 가공도 시연했다. 물 기반 잉크로 종이에 글씨와 그림을 그리고, UV 경화형 아크릴 수지인 ETPTA에 입자를 넣어 254 ppi의 빨강·초록·파랑 컬러필터를 제작했다. 중심부의 크기와 껍질 두께로 색을 조절할 수 있으며, 같은 분산액이나 필름에서도 빛이 통과할 때와 반사될 때 서로 다른 색이 나타난다. 장식용 코팅과 광학 필름의 색 표현에 활용할 여지가 있다.

합성 반응의 부피를 늘린 실험에서도 작은 배치와 유사한 광학 스펙트럼을 확인했다. 20가지 액체 매질 조건에서 24시간 뒤의 분산·응집 상태도 비교해, 합성 규모와 배합 조성을 확장하기 위한 초기 자료를 확보했다.

색의 유지 가능성도 확인했다. 2025년 11월부터 2026년 7월까지 실내에 보관한 분산액, 건조된 그림, UV 경화 필름에서 눈으로 보이는 색이 유지됐다. 경화 필름에서는 투과 스펙트럼의 형태도 유사하게 유지됐다. 385 nm 자외선 12시간 조사, 85°C에서 12시간 가열, −20°C에서 12시간 동결 후 실온 해동의 별도 시험에서도 유사한 스펙트럼 형태를 확인했다.

이 성과는 높은 색순도와 장기 색 보존을 함께 추구하는 도료·잉크 소재의 출발점이다. 영구적인 색 보존을 검증한 단계는 아니며, 실제 제품 적용을 위해서는 목표 수지에 맞는 분산성, 부착력과 마모 저항, 옥외 내후성, 제조 비용 등을 평가하는 후속 개발이 필요하다. 연구팀은 색을 내는 입자의 구조와 가공 방법을 함께 설계하는 접근으로 산업 응용의 가능성을 제시했다.

본 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 Advanced Materials에 2026년 10월 13일 온라인 게재됐다. 조용덕 연구교수가 제1저자, 이승우 교수가 교신저자로 참여했고 전유원·권민 연구자가 공동저자로 이름을 올렸다. 연구는 한국연구재단(RS-2026-25621181)과 고려대학교 연구비의 지원을 받았다.
 

그림 2  같은 나노입자에서 나타나는 두 가지 색. 
각 시료를 빛이 통과하도록 관찰한 색(왼쪽)과 반사된 빛으로 관찰한 색(오른쪽)이다. 
금 중심부의 크기와 셀레늄 껍질의 두께를 조절하면 색을 바꿀 수 있다. 출처: 논문 그림 3C와 3D.

그림 3  왼쪽부터 조용덕 연구교수(제1저자), 이승우 교수(교신저자). 두 연구자 모두 고려대학교 소속이다.

논문 정보

논문명: Fano-Engineered Au@Se Core–Shell Colloidal Pigments for Dual-Mode Structural Color

학술지: Advanced Materials (2026), e75316

온라인 게재일: 2026년 10월 13일

저자: YongDeok Cho, Yuwon Jeon, Min Kwon, Seungwoo Lee

논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.75316

연구 및 산업 응용 문의: 이승우 교수  |  seungwoo@korea.ac.kr

사진 제공: 연구팀(그림 1), 고려대학교 KU-KIST융합대학원 및 연구팀(그림 3)