[나노] 구조색과 광결정

소개

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목차

-물포나비 날개 파란색의 비밀
-구조색과 광결정
-물포나비이외외 예들
-광구조,광결정 적용사례(3가지)

본문내용

몰포나비 날개 파란색의 비밀

“몰포 나비의 날개에는 파란색소가 전혀 없다. 다만 날개의 표면구조가 독특해 파란색 파장의 빛만을 반사함으로써 그렇게 보는 것이다.”
실제 나비의 색은 독특한 표면구조가 붙어있지 않은 몸통이나 날개 가장자리에서 보듯이 거무튀튀하다. 이처럼 색소가 없이 색깔이 발생하는 경우를 ‘구조색’(structual color)이라고 부른다.
그렇다면 이 표면구조는 어떻게 생겼을까. 날개표면의 단면을 전자현미경으로 확대해보면 마치 기와를 얹은 것처럼 규칙적인 배열이 나타난다. 여기에 빛이 비추면 특정 파장의 빛만 반사되고 나머지는 통과한다.
이런 기하학적 형태를 광구조(photonic structure)라고 부른다. 광구조는 특정한 파장의 빛만을 반사시키고 나머지는 흡수하는 성질이 있다. 몰포나비의 광구조는 파란빛만을 반사시키게 설계된 셈이다.

우리 눈으로 볼 수 있는 빛, 즉 가시광선은 파장이 4백-7백nm(나노미터, 1nm= 10-9nm) 사이로 보라색에서 빨간색까지 무지개색 순서로 펼쳐져 있다. 이들 파장의 빛이 합쳐졌을 때 우리 눈은 색이 없는 밝은 빛, 즉 백색광으로 느낀다.
자연계에서 보이는 색의 대부분은 색소 때문이다. 싱그러운 초록색 잎의 경우 엽록소를 갖고 있다. 엽록소는 파란빛과 빨간빛을 흡수하고 중간의 초록빛을 반사한다. 우리 눈에 풀잎이 녹색으로 보이는 이유다. 이때 흡수된 빛에너지는 엽록소 분자의 전자가 바닥 상태에서 들뜬 상태로 올라가는데 쓰인다.
그러나 색을 내는데 항상 색소가 필요한 것은 아니다. 빛은 입자성과 함께 파동의 성질도 갖고 있다. 따라서 파동의 특징인 간섭현상을 보인다. 간섭이란 파동의 위상이 같을 때는 진폭이 더 강화되고(보강간섭) 위상이 반대일 때는 소멸되는(상쇄간섭) 현상이다. 백색광이 어떤 매질을 만나 간섭을 일으키면 특정 파장 영역은 간섭보강이 일어나고 다른 파장은 간섭소멸이 일어나 색이 나타나게 된다.
이의 예가 물포나비이다.
물포나비의 날개가 파란 이유는 날개에 잠재된 인분(나비, 나방 등의 날개에 붙은 비늘 같은 가루) 구조(그림)에 있다. 인분 구조는 조각조각의 다층 막이다. 약 700nm의 간격으로 늘어선 높이 2µm 정도의 기둥 좌우에 주름이 접혀있으며 상하 주름의 간격은 200nm 정도다.

참고자료

· 여러싸이트들