전자잉크 핵심 소재 개발
반데르발스 힘을 이용한 콜로이드 광결정화 최초 입증
이승우 교수 연구팀 ‘Advanced Materials’ 온라인 게재

▲ (왼쪽에서) 조용덕 박사 후 연구원(제1저자), 박성훈 석박통합과정(공동 제1저자), 권민 석사과정(공동저자), 

김현호 석박통합과정(공동 저자), 허지혁 교수(공동저자, 한양대), 이승우 교수(교신저자)

KU-KIST융합대학원 이승우 교수 연구팀은 반 데르 발스(Van der Waals) 힘을 이용하여 새로운 형태의 콜로이드 결정 조립 방법을 개발했다.

이번 연구는 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’(IF:29.4)에 3월 7일 온라인 게재됐다.

* 논문명: Van der Waals Colloidal Crystals

* URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202312748

콜로이드 결정은 전자 잉크(E-ink)의 핵심 재료로써 이용되어 왔는데, 본 연구에서 개발된 반 데르 발스 콜로이드 결정은 가시 광역 대역에서 세계 최고 효율의 반사도를 갖고 있어, 전자 잉크(E-ink)를 혁신시킬 중요한 연구 성과라고 할 수 있다.

이승우 교수 연구팀은 금 입자를 포함한 실리카 콜로이드 개발을 통해 반 데르 발스 힘을 최적화하고, 유체 상태에서 콜로이드 결정화를 실현하는 데 성공하였다. 본 연구는 액체 상태에서 반 데르 발스 힘을 통해 광결정이 유지될 수 있음을 보여주었으며, 콜로이드 조립 분야에 새로운 방법론을 제안하였다.

개발된 콜로이드 결정은 가시 광역대에서 특정한 광학적 밴드갭을 기반으로 다양한 색상을 구현하게 된다. 본 연구팀에서 개발한 콜로이드는 높은 효율과 순도를 나타내는데 이는 콜로이드의 완벽한 결정 구조와 금 입자에 의해 구현되게 된다.

본 연구팀이 개발한 기술은 기존 콜로이드 기반 광결정 대비 넓은 면적 제작이 가능하여, 경제적 측면에서도 큰 장점을 가진다. 이 기술은 특히 전자 잉크(E-Ink)와 같이 최근 주목받는 분야에서 핵심 소재로서, 기존 전자 잉크 재료들과 비교해 높은 성능과 해상도, 저전력 소비를 통해 E-Ink 기술의 주요한 한계를 극복할 수 있음을 보여준다. 또한, 이 연구로 개발된 콜로이드 결정은 광학적 밴드갭을 기반으로 한 다양한 색상 구현이 가능하여, E-Ink 디스플레이의 색상 범위 확장과 선명도 향상을 기대할 수 있다.

이 기술의 중요한 특징으로는 뛰어난 가시성이 있다. 반 데르 발스 콜로이드 결정은 강한 일광 아래에서도 우수한 밝기와 가시성을 유지하며, 이는 야외 광고판, 신호등, 정보 디스플레이 등 다양한 야외 응용 분야에서 추후 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 강화된 색상 순도 덕분에, 본 연구팀에서 개발한 콜로이드 결정은 야외에서도 선명하고 정확한 색상 표현이 가능하며, 야외 디스플레이의 색상 정확도와 품질을 향상할 수 있을 것으로 기대된다.

<그림 1>

연구 그림 설명 : 반데르 발스 힘을 이용하여 금 입자가 포함된 실리카의 광결정 조립 이미지.

(좌) 광현미경을 통한 유체상태의 콜로이드 결정 이미지. (우) 금 입자가 포함된 실리카 콜로이드의 SEM 사진. 반데르 발스 힘을 활용해 유체 상태에서 광결정 조립을 실현함으로써, 유체에서도 광결정을 성공적으로 구현하는 데 성공하였다.

<그림 2>

연구 그림 설명 : 야외에서 본 유체 광결정.

본 연구에서 개발한 금 입자가 포함된 실리카 광결정을 웨이퍼 크기의 대면적에 합성을 성공하였다. 또한, 낮 시간에 뛰어난 반사율을 보여주어, 전자 잉크의 효율성을 극대화할 수 있는 기초 재료를 성공적으로 개발하였다.