색깔별 빛 흡수율 - saegkkalbyeol bich heubsuyul

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☞ 검은색으로 대표되는 어둠. [1]

우리가일상에서흔하게 볼수있는검은색. 보통우리가느끼기에짙고어두우며시커멓다고느끼는색이다. 하지만이검은색도그짙음과 어두운 정도에따라다르다. 앞이너무어두워눈앞의것조차분간하기힘든밤을, 우리는보통‘칠흑같이어두운 밤이라고표현한다. 그런칠흑(漆黑)과같은짙은검은색도있고, 차도의아스팔트같이그것보다는다소밝은검은색도 있다.

☞ 보통 블랙홀의 색깔은 위와 같이 묘사된다. 가운데 검은 부분은 마치 아무것도 존재하지 않는 것 같다. [2]

그렇다면 존재하는가장짙은검은색은무엇일까. 빛조차모조리흡수하는 블랙홀의내부색깔이이론적으로가장짙은검은색일것이다. 하지만, 현실적으로우리는블랙홀의내부색을직접볼 수 없다. 모든 것을 흡수하는블랙홀에다가설 수도없을뿐더러, 빛을모두흡수하기때문에 망원경으로블랙홀내부를제대로관측할 수도없다. 그래서블랙홀은일반적인방법으로관측하기란어렵다. X선이나감마선같은아주 높은파장의에너지영역에서관측하는것이일반적이다. 섭씨 1000만 도에서나오는강력한 X선파장은블랙홀주변이아니라면 쉽게볼수 없기때문이다.

하지만, 실제로블랙홀의색과가장유사한, 빛 대부분을흡수하는물질이존재한다. 바로반타블랙 (VantaBlack)이그것이다. 2014년영국기업 “Surrey NanoSystems”는나노기술을이용하여새로운물질을개발하였다고발표했다. 반타블랙 (VantaBlack)으로 명명한이물질은, 수직정렬나노튜브배열(Vertically Aligned Nano Tube Arrays)의약자이다. 이물질의대표적인특성은바로 빛을흡수하는성질이대단히뛰어나다는것이다. 이반타블랙은당시99.965%의빛흡수율을지녔다고발표되었다.

☞ 반타블랙을 적용한 사진. 가운데 검은 부분이 위에서 묘사한 블랙홀의 사진과 유사한 느낌이 든다.

위 사진을 보면 가운데 있는 검은색 사각형이 주위와 동떨어진 느낌이 든다. 마치 기존의 사진에 저 사각형을 따로 붙인 그래픽 작업의 결과물처럼 느껴지지만, 위의 사진은 단지 가운데 부분에 반타블랙을 적용시킨 것이다.

강의실에서 흔히 볼수있는 검은 칠판에 쓰이는 색의 경우 대략 90% 정도의 빛을 흡수한다. 즉, 10%정도를 다시 반사하는 것이다. 도로에서 볼수있는 짙은 아스팔트는 약 95%의 빛을 흡수하고 나머지 5%정도의 빛을 다시 반사한다고 알려져 있다. 이와 비교하면 반타블랙은 거의 대부분의 빛을 흡수하고 단지 0.035%의 빛만을 반사하기 때문에 그 차이는 상당하다.

아래의 영상을 보면 빛을 흡수하는 반타블랙에 대한 이해가 보다 쉬울 것이다.

사실이반타블랙은엄밀히말해서색이라기보다는물질이다. 색이라는것은알려진 것처럼, 한대상을바라보았을 때그대상에서반사된빛을우리눈으로 보며 인지된다. 다시말해서, 그대상이반사하는 특정가시광선 (Visible Ray) 계열의빛을우리눈에서인지하는것이다. 예를들면, 빨간색의공은다른파장의빛은흡수해도 빨간색계열의가시광선을반사하기때문에우리눈에서그공을빨간색으로인식하는것이다. 즉, 물체에따라각기다른 파장의가시광선을반사하기에우리눈은각기다른색을느낀다. 반타블랙의경우에는들어온빛의대부분인, 99.965%를흡수한다. 즉, 반사되는빛이거의 0에가까우므로엄밀히말해서반타블랙은색자체가없는물질이되는것이다.

☞ 특정 영역의 빛을 반사함에 따라 우리는 색을 다르게 인식한다. [4]

어떻게반타블랙은반사율이 0에가까울정도로빛 대부분을흡수할 수 있을까? 반타블랙의표면은미세한탄소나노튜브를수직으로세워촘촘히배열된 구조이다. 그크기는10 나노미터(10nm = 10-9m), 머리카락의약 10,000분의 1 굵기의탄소구조체들로이루어져있다, 그 틈은나노미터보다도작은원자하나너비정도이다. 이것이어느 정도크기인지언뜻와 닿지않을수있다. 이반타블랙을 개발한기업에따르면, 표면적이 1 cm2 에약10억 개의나노튜브를담을수있다고한다. 빛이이 촘촘하게배열된미세한탄소나노튜브들사이에서서로수없이반사하는과정을거치게되어에너지를잃어버리게된다. 결국, 들어온빛은대부분흡수된다.

☞ 반타블랙 구조도와원리[5]

조금더반타블랙을살펴보면상당히흥미롭다. 사람의눈은빛의반사로 대상의입체감을느끼고 그굴곡진형태를구분할 수있다. 반사율이높은밝은색일수록대상의윤곽과굴곡을확연하게구분할수있으며, 반사율이 낮은어두운색일수록이를구분하기가쉽지않다. 따라서, 어떤물체에빛의반사가전혀없는완벽한검은색이칠해져 있다면, 그물체에굴곡이있다하더라도입체감을전혀느낄 수없고평면의2D로느끼게될것이다.

☞ 구겨서주름이잡힌알루미늄포일에반타블랙을 칠한모습. 검은부분은주름이느껴지지않고평면같다. [6]

밑의 동영상으로 보면 더 확실히 알 수 있다.

☞ 반타블랙이 적용된 공모양의 구체를 들고 있는 모습.마치 허공에 검은색 구멍이 떠있는 것 같기도 하고, 합성한 것처럼 보인다. [7]

☞ 똑같은 구리 조각상 중 한쪽에 반타블랙을 입힌 모습. 원래 조각상에서 느낄수 있던 입체감을 거의 느낄수 없다. [8]

역시 아래의 동영상으로 확인하면 보다 확실히 알 수 있다.

이반타블랙은활용분야는실로무궁무진하다. 우선우주공학분야를꼽을수있다. Surrey NanoSystems의수석연구원벤젠슨 (Ben Jensen)은반타블랙의극도로낮은 반사율은천체망원경을설계할때난반사를줄여주기때문에더높은민감도를얻을수있다고설명한다. 멀리 떨어진별을관측할때가장큰장애물은주변빛에의한난반사문제이다. 이런문제를해결하기위해망원경 내부에검은색을칠하여불필요한빛을흡수하는방법은진작부터이용되었지만, 한계가있었다. 난반사에따른빛의반사율이보통의 천체관측망원경은7-10% 정도이고, 가장발전된형태의미항공우주국(NASA)의망원경도 1% 정도라고알려져있다. 하지만, 이 반타블랙을사용하면반사율을 0.035% 정도로줄일수있게된다.

또한, 빛을잘흡수하기때문에, 태양열을모을 때 기존의물질보다효율적이다. 빛을흡수하여머금고있기 때문에그열역시저장할수있다. 이때문에태양열발전에 응용할수있을것으로 전망하고있으며구리보다열전도율이 7.5배더높아서에너지절약에도도움이될것이라기대하고 있다.

이밖에도빛을거의반사하지않기때문에밤에는인식하기대단히어려울것이다. 따라서, 군사 분야에도그 활용방안이기대되고있다. 많은군사전문가가 반타블랙을첩보위성의표면에적용하면, 적의눈에띄지않으면서완벽한첩보업무 수행을할수있을것이라예상하고있다.

게다가반타블랙이공개된이후예술계에서도주목하고 있다. 기존의검은색은 최대 98% 정도의빛을흡수하기때문에완전한검은색이라고볼수없었다. 하지만, 이반타블랙을활용함으로써 예술가들은순도 100%에가까운순수한검은색의색감을얻을수있게되었다.

이처럼다양하게활용이가능한신소재반타블랙 (VantaBlack)은 계속주목할만한기술이다. 인류의우주항공산업발전과에너지산업에도기여할것이분명해보여더욱흥미롭다. 이흥미로운 기술은지속해서 발전하고있다. 2016년 3월Surrey NanoSystems는반타블랙2라고명명한새로운버전을발표했다. 빛 흡수율이 99.965%였던기존의반타블랙보다더욱빛 흡수율이증가하여거의 100%에가까우며,정확한수치를측정하지못할 정도라고발표하였다. 앞으로도 더욱많은관심과시선을끌것으로전망하며이반타블랙을주목해보자.