슈퍼 사파이어: 긁힘 방지, 눈부심 방지 및 먼지 방지

미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구진은 반사와 김 서림을 줄이고 먼지가 떨어지기 쉽게 하며 긁힘에 견디는 나노구조 사파이어 표면을 만들었다. 결과는 Materials Horizons에 실렸다. 아직 판매 중인 휴대전화 화면이나 자동차 앞유리가 아니라 연구용 시료다.

사파이어에 나노구조를 만든 이유

덩어리 사파이어는 단단하지만 미세 가공이 어렵다. 연구진은 나방의 눈에서 착안해 끝이 가늘어지는 구조를 규칙적으로 만들었다. 이 형상은 반사를 줄이고 빛이 더 잘 지나가게 한다. 구조의 간격은 약 330나노미터였고 높이와 폭의 비율은 2.1이었다.

실험에서는 파장 1,360나노미터에서 빛의 투과율이 최대 95.8%에 이르렀다. 이 수치가 모든 색이나 완제품에도 그대로 적용되는 것은 아니다.

긁힘, 김 서림, 먼지

압입 및 긁힘 시험에서 나노구조의 기계적 내구성이 확인됐다. 측정한 경도는 약 3.7GPa로 유리나 일부 내긁힘 금속과 비슷하지만 덩어리 사파이어보다 낮다. 따라서 절대 긁히지 않는 표면이라고 할 수 없다.

원래의 표면은 물을 강하게 끌어당겨 물이 넓게 퍼지므로 김 서림을 줄일 수 있다. 별도 처리로 물을 강하게 튕겨 내는 표면으로 만들면 물방울이 굴러 떨어진다. 먼지 시험에서는 중력만으로 시험 면적의 98.7%가 먼지 없이 유지됐다. 이 결과는 시험 조건과 표면 처리에 따라 달라질 수 있다.

실용화까지 남은 과제

렌즈, 센서, 창문, 화면 등에 적용할 가능성이 있지만 더 넓은 면적을 만드는 공정과 실제 사용 환경에서의 내구성 검증이 필요하다. 이 연구가 긁히지 않는 상용 휴대전화를 이미 만들었다는 뜻은 아니다.

출처: Chien, K.-C. 외, Materials Horizons 12, 1796–1807 (2025), doi:10.1039/D4MH01844C.