넓은 영역의 색상을 가지는 일렉트로크로믹 폴리머 :: 전체

예술가, 나염 디자이너, 인테리어 기술자들 오랫동안 그들의 작업에 필요한 넓은 색 영역을 가진 컬러 페인트나 잉크를 기대해왔다. 이번에 연구진은 일렉트로크로믹 폴리머를 이용하여 넓은 색상 영역을 가진 팔레트를 만드는데 성공했다. 이러한 소재는 선글라스, 창문 유리 등 다양한 분야에 전류를 흘러 보내어 색상을 조절하는데 사용될 수 있다.

일차 색상과 이차색상을 배열하여 일렉트로크로믹 폴리머를 만들고 특정한 블렌드와 결합하여 연구진은 컬러 스펙트럼을 형성했다. 4가지의 다른 갈색 계열의 색상을 만들었지만 특정한 색상을 결합하는 것은 매우 어려웠다. 이러한 물질은 선글라스를 만드는데 사용될 수 있다. 선글라스는 작은 압력에 의해서 엷은 색에서부터 2차 색상까지 변한다. 다른 종류는 창문 유리에 색상을 입히는 데에도 사용될 수 있다. 디지털 사이니지에서부터 엽서까지 다양한 분야에서 낮은 전류를 사용하여 색상을 변화시킬 수 있다.

연구진은 이번 연구결과를 저널 ACS Applied Materials & Interfaces에 소개하였다. 이번 연구에는 조지아공과대학 재료과학부와 화학 및 생화학부 소속의 연구진이 참여했으며 연구는 John Reynolds 교수 연구실에서 진행되었다. “우리는 혼합페인트와 같이 서로 다른 일렉트로크로믹 폴리머를 혼합하여 다양한 색상을 구현하는데 성공했다.”고 이번 논문의 주저자인 조지아공과대학 화학 및 생화학부의 Anna Osterholm은 설명했다. “잉크젯 프린팅과 같은 간단한 코팅 기술을 이용하여 전압에 따라 다양한 색상이 구현되는 필름을 만들 수 있게 되었다”고 밝혔다.

수년 동안 Reynolds 교수 연구실은 여러 색상을 구현하는 데 성공했다. 자홍, 청록, 노랑, 오렌지, 청색, 녹색 폴리머를 특정한 솔벤트에 용해시켰다. 이러한 폴리머의 용액 혼합물은 특정한 목표 색상으로 만들어질 수 있게 되었다. 이러한 특성을 검증하기 위해서 연구진은 선글라스에 사용될 수 있는 갈색 렌즈를 만들었다. 일렉트로크로믹 물질의 필름을 포함해서 5종류의 물질을 샌드위치 구조로 만들었다. 양 단에는 양극과 음극의 역할을 하는 광경화 전해질(UV-curable electrolyte)과 전하 저장층을 만들었다.

렌즈는 전류를 펄스형태로 인가했을 때 색상과 무색상으로 스위칭이 되었다. 색상을 유지하는 데에는 연속적으로 전압을 인가하지 않아도 된다. 무색상 상태를 유지하기 위해서 약 30분 간격으로 리프레시 전압을 짧게 가하면 된다. 반면 특정한 색상을 가진 상태는 수일 동안 안정적으로 유지될 수 있다. 이러한 물질은 약 10%의 투과율에서 70%의 투과율까지 조절이 가능하며 검은색에서 수 초 안에 특정한 색상으로 변할 수 있다.

광변색 선글라스는 빛에 반응해서 어둡게 변한다. 이는 할로겐화 은의 반응을 이용한 것으로 이미 시장에 나와 있다. 그러나 이러한 렌즈의 많은 부분은 자외선 파장에 반응을 한다. 변색 시간이 수분 정도 걸린다. 또한 사용자에 의해서 조절이 가능하지 않다. 수동적인 변색은 파일럿, 드라이버, 보안요원 등 밝은 곳과 어두운 환경에 빠르게 적응해야 하는 분야의 사람들에게 적용하는 데에는 어려움이 있다.

“반면에 일렉트로크로믹 폴리머를 사용했을 때에는 버튼을 누르기만 하면 어두운 색깔에서 맑은 화면으로 순식간에 변하게 된다”고 Osterholm은 설명했다. “이는 완전히 사용자 중심의 소자이며 사용하는 환경이 실내인지 아니면 실외인지는 문제가 되지 않는다. 또한 자동차이든지 항공기이든지 그 또한 중요하지 않다”고 설명했다. 연구진은 이번에 이러한 간단한 스프레이 및 블레이드 코팅 기술을 이용하여 여러 색상의 박막을 만들었다. 현재는 잉크젯 방식으로 여러 패턴을 형성하고 여러 색상을 만들 폴리머를 합성하는 연구를 진행하고 있다. 이번 연구는 ACS Applied Materials & Interfaces에 "Four Shades of Brown: Tuning of Electrochromic Polymer Blends Toward High-Contrast Eyewear"라는 제목으로 게재되었다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』