다양한 산업 분야에서 위조 방지·품질 관리에 활용될 것 기대
포스텍은 노준석 교수 연구팀이 친환경 소재로 제작하면서도 위조 방지와 제품 보관 상태 확인이 가능한 '친환경 스마트 보안 라벨' 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
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| ▲ 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수. [포스텍 제공] |
이번 연구는 광학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 포토닉스(Advanced Photonics)' 온라인판에 게재됐다.
최근 식품, 의약품, 명품 등 다양한 제품에서 위조 방지 기술의 중요성이 커지고 있다. 동시에 플라스틱 폐기물을 줄이기 위한 친환경 포장 기술에 대한 요구도 커지고 있다.
그러나 기존 보안 라벨은 단순한 홀로그램 기능에 머무르거나 제작 비용이 상당해 실제 산업 현장에서 널리 사용되기 어려웠다.
이러한 한계를 해결할 기술로 주목받고 있는 것이 '메타표면'이다. 메타표면은 나노 규모의 구조를 정교하게 배열해 빛의 색과 방향을 자유롭게 바꾸는 기술이다.
쉽게 말해 눈에 보이지 않는 초미세 구조로 '빛을 설계하는 기술'이다. 그러나 메타표면 장치는 만드는 공정이 복잡해 가격 경쟁력이 낮고 친환경 소재로는 빛을 정교하게 제어하기 어렵다는 문제가 있었다.
연구팀은 식물의 섬유 성분인 '셀룰로오스'를 가공해 만든 'HPC'에 평균 4~6nm 크기의 이산화티타늄 입자를 섞었다. HPC는 의약품 캡슐이나 식품 첨가제, 화장품 등에 사용될 만큼 안전성이 높은 친환경 소재다.
연구팀은 이 입자를 HPC 안에 소재 무게의 약 4분의 3 수준까지 분산시킨 새로운 소재를 개발했다. 이렇게 나노입자가 HPC 내부에 촘촘히 자리 잡으면서 빛을 더 강하게 굴절시키고 정밀하게 조절할 수 있게 되었고 소재 굴절률을 약 1.9까지 끌어올리는 데 성공했다.
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| ▲ 친환경 나노 복합체로 구성된 스마트 라벨의 모식도. [포스텍 제공] |
이 소재로 만든 메타표면은 가시광선 영역에서는 선명한 빨강·초록·파랑 색을 만들어 내고 자외선 영역에서는 홀로그램 이미지를 나타낸다. 사람 눈으로 볼 수 있는 색 정보와 특정 장비에서만 확인되는 보안 정보를 모두 담을 수 있게 된 것이다.
연구팀은 QR 코드 안에 서로 다른 홀로그램을 숨겨 세 개의 홀로그램이 동시에 확인될 때만 인증이 가능한 광학 보안 방식도 구현했다.
또 다른 특징은 '습도 기록' 기능이다. HPC가 공기 중 습기를 흡수하는 성질을 이용해 상대습도가 80% 이상인 환경에 오래 노출되면 내부 구조가 변형되면서 색과 홀로그램이 사라지도록 설계했다. 제품이 보관 중 습기에 노출됐는지를 눈으로 확인할 수 있게 된 것이다.
노준석 교수는 "무엇보다 제작 방식이 간단하다"며 "전자빔으로 구조를 하나씩 새기는 공정이 아니라 마치 도장을 찍듯 한 번에 넓은 면적을 복제하는 나노임프린트 공정을 적용해 플라스틱 필름 위에서도 안정적으로 제작할 수 있어 산업적 활용 가능성이 높다"고 말했다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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