In the lower layer of the chameleon skin, guanine nanocrystals in the form of particles are regularly arranged in a non-closed packaged, face-centered cubic structure, and the regular arrangement reflects external light of a specific wavelength through constructive interference, resulting in color. Similar to the chameleon, when inelastic colloidal particles form a non-closed lattice structure in an elastic medium, immediate discoloration is possible according to mechanical deformation. However, due to the inherent characteristics of the crystal material, the resonance wavelength mobility relative to the strain is fixed as Poisson's ratio, which limits the achievement of high sensitivity. In this thesis, showed high discoloration characteristics even at low strain using hierarchical cutting patterns. Since the deformation leading to the deformation of the cutting area in the expansion of the auxetic surface with a hierarchical cut surface is the deformation of the cutting area, the deformation rate can be maximized locally. Based on this, the pattern skeleton uses a urethane polymer material with a relatively large elastic modulus and a torsional deformation, and uses a low elastic colloidal photonic crystal to maximize the local strain in the elastic photonic crystal region even at a small strain. The auxetic pattern with elastic photonic crystals designed through this study can potentially be applied to fields requiring high sensitivity, such as aging diagnosis of cars, airplanes, ships, and old buildings.
카멜레온 피부 하층부에는 입자형태의 구아닌 나노결정이 비접촉형으로 면심입방구조를 이루며 규칙적으로 배열하고 있으며, 규칙적인 배열은 특정 파장의 외부 광을 보강간섭을 통해 반사함으로써 색을 띤다. 카멜레온과 유사하게 비탄성의 콜로이드 입자를 탄성 매질 내에서 비접촉형 격자 구조를 형성하는 경우 기계적 변형에 따라 즉각적인 변색이 가능하다. 하지만 광결정 소재 본연의 특성으로 인해 변형율 대비 공명 파장 이동도는 푸아송비로 고정되어 높은 민감도 달성에 한계가 있다. 이 연구는 계층적 절단 패턴을 이용하여 낮은 변형율에서도 높은 변색 특성을 보였다. 계층적 절단면을 갖는 비대(auxetic) 표면의 확장에 있어 변형을 주도하는 것은 절단 영역의 변형이므로 국부적으로 변형율이 극대화될 수 있다. 이에 착안하여, 패턴의 골격은 탄성계수가 상대적으로 크고 비틀림 변형이 가능한 우레탄 고분자 소재를 사용하고, 절단 영역을 탄성계수가 낮은 탄성 콜로이드 광결정을 사용하여 작은 크기의 전체 변형율에서도 탄성 광결정 영역에서의 국부적 변형율을 극대화 시켰다. 본 연구를 통해 설계된 탄성 광결정 비대 촉진 패턴은 잠재적으로 자동차, 비행기, 선박, 노후 건축물 등의 노후화 진단과 같이 높은 민감도를 요구하는 분야에 적용될 수 있을 것이다.
