노준석 포스텍 교수 연구진이 색과 홀로그램으로 진짜 여부를 알려주고, 물에 넣으면 흔적 없이 사라지는 친환경 스마트 보안 라벨을 개발했다고 6일 밝혔다.
최근 식품, 의약품, 명품 등 다양한 제품에서 위조 방지 기술의 중요성이 커지고 있다. 동시에 플라스틱 폐기물을 줄이기 위한 친환경 포장 기술에 대한 요구도 커지고 있다. 그러나 기존 보안 라벨은 단순한 홀로그램 기능에 머무르거나 제작 비용이 상당해 실제 산업 현장에서 널리 사용되기 어려웠다.
이러한 한계를 해결할 기술로 주목받고 있는 것이 '메타표면(metasurface)'이다. 메타표면은 나노 규모의 구조를 정교하게 배열해 빛의 색과 방향을 자유롭게 바꾸는 기술이다.
연구진은 식물의 섬유 성분인 셀룰로오스를 가공해 만든 'HPC(hydroxypropyl cellulose)'에 평균 4~6㎚(나노미터, 10억분의 1m) 크기의 이산화티타늄 입자를 섞어 새로운 소재를 만들었다. HPC는 의약품 캡슐이나 식품 첨가제, 화장품 등에 사용될 만큼 안전성이 높은 친환경 소재다. 결과적으로 나노 입자가 HPC 내부에 촘촘히 자리 잡으면서 빛을 더 강하게 굴절시키고 정밀하게 조절할 수 있게 됐다.
이 소재로 만든 메타 표면은 가시광선 영역에서는 선명한 빨강·초록·파랑을 만들어 내고, 자외선 영역에서는 홀로그램 이미지를 나타냈다. 사람 눈으로 볼 수 있는 색 정보와 특정 장비에서만 확인되는 보안 정보를 모두 담을 수 있게 된 것이다. 연구진은 QR 코드 안에 서로 다른 홀로그램을 숨겨 세 개의 홀로그램이 동시에 확인될 때만 인증이 가능한 광학 보안 방식도 구현했다.
또 HPC가 공기 중 습기를 흡수하는 성질을 이용해, 상대 습도가 80% 이상인 환경에 오래 노출되면 내부 구조가 변형되면서 색과 홀로그램이 사라지도록 설계했다. 제작 방식도 전자빔으로 구조를 하나씩 새기는 공정이 아니라, 마치 도장을 찍듯 한 번에 넓은 면적을 복제하는 나노임프린트(nanoimprint) 공정을 적용해 플라스틱 필름 위에서도 안정적으로 제작할 수 있도록 했다.
연구진은 "개발한 기술이 실용화되면 고가 제품 및 명품의 위변조 방지, 식품 및 의약품 유통 과정에서의 습도 이력 모니터링, 그리고 친환경 스마트 패키징 시스템 등 다양한 분야에 적용될 수 있다"고 설명했다.
이번 연구는 광학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 포토닉스(Advanced Photonics)'에 지난 1월 6일(현지 시각) 게재됐다.
참고 자료
Advanced Photonics(2026), DOI: https://doi.org/10.1117/1.AP.8.1.016007