고려대 KU-KIST융합대학원/융합에너지공학과 이승우 교수 연구팀이 금과 셀레늄을 결합해 색 선명도를 끌어올린 구조색 나노안료를 개발했다. 일반 염료는 빛을 받으면 염료 분자가 분해되면서 시간이 흐를수록 색이 바랜다. 나비 날개나 공작 깃털처럼 물질의 미세 구조가 특정 파장의 빛을 반사하는 원리를 이용한 구조색은 염료 분자에 의존하지 않아 색을 오래 유지할 수 있는 대안으로 꼽힌다. 하지만 기존 단일성분 구조색 안료는 빛에 반응하는 파장 범위가 넓어 특정 색을 선명하게 표현하기 어려웠다.


연구팀은 금 나노입자를 셀레늄으로 감싼 '코어-셸(Core-Shell)' 구조를 고안해 이 문제를 풀었다. 금 중심부와 셀레늄 껍질이 빛에 반응하는 과정에서 서로 간섭하도록 설계한 것이다. 서로 다른 빛 반응이 간섭하며 특정 파장에서 반응이 강해지거나 약해지는 '파노형 간섭' 현상을 활용해 특정 파장에 대한 반응을 뚜렷하게 만들었다. 이를 통해 무채색의 영향 없이 특정 색이 얼마나 순수하게 표현되는지를 뜻하는 색순도를 단일성분 입자보다 높이고, 표현 가능한 색의 범위도 넓혔다. 특정 파장의 빛에 얼마나 선택적으로 반응하는지를 보여주는 품질계수(Q-factor)는 최대 약 15를 기록했다. 기존 구조색 안료에 쓰이는 금 나노입자의 품질계수가 대체로 10 미만인 점을 고려하면 한층 선명한 색을 낼 수 있다는 뜻이다.


활용 가능성도 확인했다. 연구팀은 개발한 안료로 물 기반 잉크를 만들어 만년필에 넣고 빈센트 반 고흐의 명화 '별이 빛나는 밤'을 종이에 직접 그렸다. 자외선을 쬐면 굳는 '자외선 경화 수지'에 안료를 섞어 254ppi(인치당 화소 수)의 빨강/초록/파랑 컬러필터도 제작했다. 컬러필터는 TV나 스마트폰 화면에서 특정 색의 빛만 골라 통과시켜 다양한 색을 구현하는 광학 부품으로, 이번 기술이 그림이나 인쇄 잉크를 넘어 광학 소재에도 쓰일 수 있음을 보여준 셈이다.


색 유지 성능도 점검했다. 2025년 11월부터 2026년 7월까지 실내에 보관한 나노입자 분산액과 건조된 그림, UV 경화 필름 모두 눈에 띄는 색 변화가 없었다. UV 경화 필름은 액체 수지에 자외선을 쬐어 굳힌 얇은 막으로, 안료를 고체 소재에 적용했을 때 색이 안정적으로 유지되는지 확인하는 데 쓰인다. 자외선 조사와 가열/동결 시험에서도 이 필름의 광학적 특성은 비슷하게 유지됐다. 다만 영구적인 색 보존이 검증된 것은 아니어서 실제 제품에 적용하려면 장기 내구성과 제조 비용 등에 대한 추가 평가가 필요하다.


이번 연구는 염료 없이도 선명하고 다양한 색을 내면서 색의 지속성까지 높일 수 있는 새 안료 설계 방향을 제시했다는 데 의의가 있다. 앞으로 도료, 인쇄 잉크, 장식용 코팅, 광학 필름 등 여러 분야에 활용될 전망이다.