최근, 퇴색하지 않는 착색 기술로서 구조색이 주목받고 있다. 그 자체가 「색」을 가지지 않는 재료의 미세 구조가 주기적으로 배열하여 발색한다고 하는 것. 주기 구조에 의한 빛의 간섭이나 회절에 의해 발색하고, 보는 각도로 색이 양충색으로 변화한다. 종래의 수백 나노미터의 미립자가 3차원으로 배열한 구조에서는 주기 구조의 정밀한 작성을 필요로 하고, 도포나 인쇄 프로세스에 의한 착색을 할 수 없었다.

　연구그룹은 지금까지 규소 나노구조가 나타내는 'Mie 공명' 현상을 이용한 특정 파장광의 강한 산란에 의한 발색 기법을 개발해 입경에 따라 발색이 변화하는 '구조색 나노입자 잉크'를 세계 에서 처음으로 실현했다.

　이번 연구에서는 구조색 나노입자 잉크를 이용하여 유리 기판 상에 실리콘 나노입자의 단층막을 형성하여 발색 특성을 조사하였다. 그 결과, 단층막은 입경에 의존하여 보라색-주황색의 구조색을 나타내고, 경사 45도로부터 관찰해도 거의 변화하지 않고, 종래의 구조색과 달리 각도 의존성이 매우 작았다. 또한, 피크 반사율은 30~50%로, 실리콘 나노 입자의 단층막에 의해 충분히 밝은 구조색을 실현할 수 있었다.

　또한, 실리콘 나노입자 단층막을 부분적으로 산화하여 의사적으로 입자간의 거리를 크게 한 결과, 기재 상에 실리콘 나노입자가 드물게 산재한 상태(단층막보다도 적은 입자수) 그렇지만 구조색에 의해 착색할 수 있었다.

　이번 성과로부터 종래의 도료보다 훨씬 적은 양으로 착색 도장이 가능해지고, 예를 들면 수 100㎏ 필요한 대형 항공기의 도장을 1/10 이하로 경량화할 수 있을 가능성이 있다고 한다.

논문 정보:【ACS Applied Nano Materials】Monolayer of Mie-Resonant Silicon Nanospheres for Structural Coloration