나노 물질의 광학적 특성을 이용한 변형률 측정법 개발

Abstract

본 연구에서는 나노 물질의 광학적 특성을 이용한 변형률 측정법을 제안하였다. 나노 입자에서는 입자간 거리가 멀어질 수 록 빛에 대한 반응이 달라져 청색편이가 일어난다. 이 현상을 물체의 변형과 함께 일어나도록 만들고, 그 때의 빛에 대한 반응을 관찰하여, 최종적으로 빛을 보고 물체의 변형률을 알 수 있도록 하는 것이 본 연구에서 제안하는 방법이다. 이를 구현하기 위해 먼저 나노 입자를 이용해 얇은 폴리머(PET) 위에 박막을 만들었다. 사용된 방법은 폴리머 위에 부탄올과 물, 그리고 금 나노 입자를 섞어 방울 형태로 떨어뜨리는 방법이며, 사용된 금 나노 입자는 정육각팔면체이며 한 변의 길이는 50나노미터이다. 만들어진 시편에서 인장과 함께 특정 변형률마다 광발광 스팩트럼을 관찰하였다. 광발광 스팩트럼을 통해 피크파장을 찾았으며, 피크파장과 변형률을 비교하였다. 결과는 변형율이 증가할수록 청색편이가 나타났으며, 일정 변형율(30~40%)를 넘어가면 다시 적색편이가 일어나고, 변형이 더욱 커지면(60~80%) 편이가 없어지는 것을 확인했다. 특히 30% 변형률까지의 청색편이는 현재까지 알려진 나노 입자 간격과 피크 파장 변화의 실험식을 잘 따랐다. 적색편이와 편이가 없어지는 부분에 대해서는 명확히 밝혀진 바가 없으나, 사용된 PET의 점탄성거동과 회복 때문으로 보인다. 이를 증명하기 위해서 추가적인 실험이 필요하다.