파검 VS. 흰금, 도대체 뭐가 맞는 거지?

얼마 전 온라인을 뜨겁게 달궜던! 파검 vs 흰금 드레스 논쟁, 기억하시나요? 효성 블로그 지기도 이 드레스를 보며 친구와 파검이 맞네 흰금이 맞네, 언성을 높였던 기억이 나는데요. 또 신기하게도 파검으로 보이던 드레스가 어느 순간 흰금으로 보여 친구에게 빡빡 우겼던 순간이 무안해 지기까지 했습니다. 카멜레온 드레스도 아니고, 어째서 드레스의 색깔이 달라 보였던 걸까요?

드레스 색깔 변신의 비밀은 바로 우리 눈과 빛에 있습니다. 물체의 표면색은 하나로 고정되어 있는 것이 아니라 그 물체의 표면에 빛이 닿았을 때 어떤 파장의 빛이 반사되는가에 따라 색이 결정되기 때문이죠. 이런 빛의 반사를 이용해 섬유의 색을 발현하는 연구도 많이 이뤄지고 있는데요. 오늘은 놀라운 색깔의 변신의 비밀, 빛과 섬유의 색에 대해 알아보도록 하겠습니다.

빛(光)과 색(色)

빛(光)과 색(色)눈을 통해 외부 세계의 색을 지각하기 위해서는 빛이 필수적이라고 할 수 있습니다. 빛은 여러 개의 파장으로 이뤄져 있고, 파장의 길이에 따라 ‘자외선, 가시광선, 적외선’으로 나뉩니다. 그 중 일곱 가지의 색파장이 합성되어 있는 가시광선은 물체에 닿게 되면 어떤 파장은 흡수되고 반사되기 때문에 물체의 색이 우리 눈에 달리 보이게 되는 것이죠. 결국 우리가 느끼는 색이란 빛의 어떤 파장이 어느 정도의 비율로 반사되는 가에 의해 결정되는 것이며, 색을 본다는 것은 반사된 빛의 파장을 느낀다는 것과 같은 의미라고 할 수 있죠.

물체의 색(色)은 왜 달라 보일까?

그럼 여기서 궁금증 한 가지~ 물체의 색은 ‘왜’ 달라 보이는 것일까요? 크게 반사율에 따라서 달라지거나 광원의 특성에 따라 달라질 수 있습니다.

- 반사율

어떤 물체에 반사되는 빛과 입사한 빛의 비율로 빛이 물체에 닿아 모두 반사되면 물체는 흰 색을 띠고, 거의 모든 빛을 흡수하면 검은색을 띄게 됩니다. 또한 빛의 50% 정도만을 흡수하는 경우에는 회색을 띄게 되는 것이죠.

- 광원의 특성

태양광선의 경우 모든 영역의 파장이 골고루 물체에 분광되어 물체의 색을 그대로 재현하는 반면, 백열등은 장파장 계열(가시광선 중 적외선에 가까운 쪽)의 빛을 방출하여 물체에 붉은색이 더해져 보이게 됩니다. 형광등은 단파장계열(가시광선 중 자외선에 가까운 쪽)의 빛을 물체에 방출하여 푸른색이 가미되어 보이게 되는데요. 

그렇다면 표준광은 무엇일까요? 보통 우리는 태양광선의 백색광에 적응해 있기 때문에 색상은 고정되어 있는 것이라 생각하기 쉽습니다. 하지만 색은 빛에 의해 결정되므로 광원에 따라 같은 색도 달리 보일 수 있죠! 그래서 국제적으로 이러한 색의 혼돈을 막기 위해 색을 결정한 것이 바로 ‘표준광’입니다. 

빛의 반사

색(色)에 대해 알아봤으니, 이제 색을 볼 수 있게 하는 중요한 역할! 빛의 반사에 대해 알아보겠습니다. 빛의 반사는 표면에 따라 난반사, 거울반사, 재귀반사로 나뉩니다.

- 난반사

빛이 거친 표면을 비추었을 때 일어나는 반사로 빛이 여러 방향으로 흩어져 광원으로 돌아오는 빛의 양이 매우 적어 물체를 식별하기 어렵게 되는 것을 말합니다.

- 거울반사

빛이 유리와 같은 표면이 매끄러운 곳을 비췄을 때 일어나는 반사로 물체의 표면에 입사하는 빛의 각도의 반대 방향으로 빛이 반사됩니다.

- 재귀반사

빛을 제자리로 다시 돌려보낸다는 말로, 입사한 광선을 광원으로 그대로 되돌려 보내는 반사를 말하는데요. 이 현상은 빛이 어느 방향에서 어느 각도로 들어오더라도 광원의 방향으로 빛을 반사하게 됩니다. 이를 이용해 자동차의 전조등에서 나온 빛이 도로의 표지판 등에 비쳤을 때 그 빛이 운전자에게 바로 반사되도록 하여 쉽게 표지판을 알아보도록 하는 데 쓰이고 있답니다!

 

빛의 반사를 이용한 섬유의 색 발현

이러한 빛의 반사를 이용한 섬유의 색 발현은 어떻게 이루어질까요? 크게 다섯 가지 방법이 있습니다.

- 거울반사를 이용한 광택효과 증가

빛의 반사 성질은 섬유의 광택을 조절하는 것에 사용되기도 합니다. 원사의 단면이 삼각형일 경우, 원형 단면일 경우 보다 빛이 거울 반사되는 양이 많은데요. 이럴 경우 더 많은 광택 효과를 얻을 수 있습니다. 쉽게 말해 원사의 표면이 매끈하면 반사광의 소실이 없기 때문에 반짝거리는 섬유가 만들어지는 것이죠!

- 난반사를 이용한 광택효과 감소

반대로 광택 효과를 감소시키는 방법도 있습니다. 바로, 섬유 표면이 울퉁불퉁하거나 표면에 난반사를 일으키는 수지를 처리하면 섬유에 반사되어 나오는 빛이 여러 방향으로 흩어져 우리 눈으로 들어오는 반사광이 줄어들게 되는데요. 이럴 경우 우리 눈에 보이는 광택은 줄어들고 색은 흐리게 보이게 됩니다. 

- 빛의 반사를 막아 섬유의 색을 진하게 하는 방법

▲ 심색가공 전(왼쪽)과 후(오른쪽)

- 빛의 굴절률 차이를 유도하여 섬유의 색을 연하게 하는 방법

섬유 내부에 TiO2가 있으면 그 함량에 따라 분산되는 빛의 양이 달라지는데요, TiO2함량이 많을수록 섬유 내부로 들어간 빛이 난반사되기 때문에 광택이 줄어들고 색상이 파스텔 톤으로 연하게 되는 것을 이용하는 경우도 있답니다.

☞ TiO2(이산화티타늄, 소광제)란?

TiO2는 광촉매의 일종으로 백색안료 중 최고 높은 굴절률을 가지고 있는 것은 물론 정확한 입도와 분산성을 가지고 있어 안료용으로 사용되고 있습니다. 또한 화학섬유의 광택 제거 및 내마모성향상제로도 사용되는 물질입니다. 

- 빛의 간섭현상을 이용한 광발색 섬유

광발색 섬유는 구조발색섬유라고도 불립니다. 염료나 안료와 같은 색을 띄는 물질로 염색을 하여(물리적/화학적 결합) 색을 띄는 것이 아니라 섬유의 구조적/광학적 설계에 의한 빛의 간섭현상을 이용하여 색을 발현시킵니다.

광발색 섬유(Morphotex)와 물포나비

빛의 간섭 현상을 받는 광발색 섬유는 물포나비를 생체 모방 기술을 통해 그 발색 원리를 기초로 고안된 것인데요. 물포나비(Morpho sulkowskyi)에 대해 들어 보신 적 있으세요?

물포나비는 브라질, 페루, 멕시코 등 남미 아마존 유역과 미국 플로리다 연안에 서식하는 나비로 전 세계적으로 120여 종이 있는데요. 그리스어로 morpho는 ‘반사’라는 뜻을 가지고 있으며, 파란색 금속광택으로 유명하지만 물포나비의 날개에는 파란색소가 전혀 없다고 합니다. 다만, 날개의 표면구조로 인해 파란색 파장의 빛만 반사함으로써 그렇게 보일 뿐인데요. 물포나비 날개의 구조는 마치 벽돌을 쌓은 것처럼 규칙적으로 배열되어 있는 기하학적인 구조입니다. 이러한 특이한 구조가 빛의 굴절률을 다르게 하여 특정한 파장의 빛만 반사시키고, 나머지는 흡수하는 것이죠. 

물포나비 날개의 발색 원리는 이 외에도 지폐의 위조방지를 위한 은색 띠 부분에도 쓰이고 있는데요. 광발색 섬유는 이러한 물포나비의 구조에서 착안하여 굴절률이 다른 두 종류의 고분자 박막 수십 층을 교대로 쌓아 빛의 박막간섭현상에 의해 색을 내는데요. 박막간섭현상은 막의 두께가 빛의 파장 값의 몇 배 이내일 경우 관찰되는 것으로 유사한 현상으로는 유리에 투명한 코팅을 한 경우나, 물 위에 덮인 얇은 기름막에 의해 무지개 색이 관찰되는 경우가 있습니다.

광발색 섬유 특징

그럼, 물포나비에서 착안한 광발색 섬유의 특징은 무엇이 있을까요? 크게 색채와 공업적 특징으로 나눌 수 있습니다.

- 색채적 특징

광원색과 유사하기 때문에 맑고 투명한 색감의 금속 질감을 발현할 수 있고, 복합 발색 설계가 가능하여 다방면에 사용되고 있습니다.

- 공업적 특징

안료나 염료로 염색 후 폐수를 처리해야 하는 문제가 없고, 에너지를 절감할 수 있어 환경친화적이랍니다.

파검, 흰금 원피스 논란 외에도 최근 북극곰의 털 색이 흰색이 아니라 갈색이라는 사실이 밝혀지는 등 빛의 반사에 대한 연구가 이어지고 있는데요. 대표적으로 빛의 반사를 이용한 색의 발현 원리는 햇빛이 비쳐도 선명한 화면을 볼 수 있는 반사형 디스플레이에 응용되기도 한답니다. 이처럼 빛의 굴절과 발현에 따라 달라지는 색! 섬유의 색도 빛을 이용한 수많은 과학에서 탄생했다는 것~ 기억해 주세요. 이걸로 파검VS.흰금은 무승부!