자연에서 파란색과 녹색은 나노규모 배열 방식에 따른 무광 구조적 색상을 보인다.

캠브리지 대학(University of Cambridge) 연구원들은 무광 구조 색상의 한계를 결정하기 위한 계산적 모델링(Computational modelling) 실험에서 파란색과 녹색까지만 그 한계가 확장된다는 것을 발견했다.

연구 결과는 무광 구조적 색상이 가시 스펙트럼의 빨간색 영역에서 재현될 수 없음을 제시, 자연계에서 이러한 색조가 존재하지 않는 이유를 설명한다.

8일(현지시각) PNAS에 발표된 이 결과는 무독성 페인트나 변색되지 않는 강렬한 색상의 코팅을 개발하는 데 유용할 수 있다.

일부 새의 깃털, 나비 날개 또는 곤충에서 볼 수있는 구조적 색상은 색소나 염료가 아닌 내부 구조에만 기인다. 무광 또는 무지개 빛깔의 색상 모양은 구조가 나노 스케일로 배열되는 방식에 따라 달라진다. 정렬된 결정질 구조는 무지개 빛깔의 색상을 나타내며 다른 각도에서 볼 때 변경된다.

무질서하거나 상관 관계가있는 구조는 각도와 무관한 무광택 색상을 생성해 모든 시야각에서 동일하게 보인다. 구조적 색상이 변색되지 않기 때문에 이러한 각도 독립적 매트 색상은 금속 효과가 필요하지 않은 페인트 또는 코팅과 같은 응용 분야에 매우 유용하다.

케임브리지 화학과 제1저자 지아니 자쿠치(Gianni Jacucci)는 “강도와 색 바램에 대한 내성 외에도 구조적 색상을 사용하는 무광택 페인트는 독성 염료와 안료가 필요하지 않기 때문에 훨씬 더 환경 친화적일 것”이고 말했다.

실비아 비그놀리니(Silvia Vignolini) 박사 연구실 연구원들은 수치 모델링을 사용해 포화 순수 무광택 빨간색 구조 색상을 만드는 한계를 결정했다. 연구진은 자연계에서 발견되는 나노 구조체의 광학적 반응과 색상 외관을 모델링했다.

비그놀리니는 “단일 산란과 다중 산란 사이의 복잡한 상호작용과 상관된 산란으로 인해 빨강, 노랑 및 주황색 외에도 거의 도달할 수 없음을 발견했다”고 말했다.

구조적 색상의 명백한 한계에도 불구하고 연구원들은 네트워크 구조 또는 다층 계층 구조와 같은 다른 종류의 나노 구조를 사용해 극복할 수 있다고 말한다. 이러한 시스템은 아직 완전히 이해되지는 않았다.