최근 중국 과학 연구팀이 나노기술과 전통 색소를 혼합한 새로운 자동차 코팅 솔루션을 제안했는데, 이를 통해 양산형 모델에서는 '블랙홀'에 가까운 '극강의 블랙' 외관을 구현할 수 있을 것으로 기대된다. 이 새로운 하이브리드 코팅은 고급 수직 정렬 탄소 나노튜브(VACNT) 울트라 블랙 코팅과 기존 수성 카본 블랙 안료 스프레이 공정을 결합합니다. 초고광 흡수 능력을 유지하면서 코팅의 내구성과 산업용 분사성을 크게 향상시킵니다. 코팅의 가시광선 대역 흡수율은 99.90%에 달하며, 빛을 거의 반사하지 않아 강력한 시각적 몰입 효과를 선사합니다.

이 기술의 배경에는 중국 자동차 시장에서 검정색 자동차 도료에 대한 수요가 급증하고 있는 것이 있습니다. 과거에는 흰색이 중국 신차 시장의 약 3분의 2를 차지했지만, 현재는 검정색이 거의 4분의 1 수준으로 뛰어올랐습니다. 올해 중국에서는 약 750만대의 새로운 검정색 자동차가 출시될 것으로 예상되는데, 이는 유럽과 북미의 주요 시장을 합친 것보다 훨씬 많은 수치입니다. 소비자의 마음 속에서 딥블랙은 지위와 고급스러움의 상징이 되었으며, 시장 선호도는 "흰색이면 어떤 색상이든 괜찮습니다"에서 "어두울수록 좋습니다."로 바뀌고 있습니다.

BMW는 이미 2019년 초 당시 '세계에서 가장 검은 자동차'로 불렸던 X6 컨셉카에 나노 규모의 '슈퍼 블랙' 코팅을 적용했다. 표면에 탄소나노튜브로 구성된 '나노숲'을 만들어 입사광을 다공성 구조에 가둬 자외선, 가시광선, 원적외선 대역에 걸쳐 빛을 98~99.9% 흡수하는 것이 핵심 원리다. 그러나 이러한 유형의 코팅은 공정이 복잡하고 비용이 높으며 기계적 특성이 취약합니다. 스프레이, 내후성, 내마모성 측면에서 양산차의 요구 사항을 충족하기가 어려웠습니다.

이번에 중국 팀이 개발한 하이브리드 울트라 블랙 코팅의 초점은 나노튜브 어레이의 "라이트 트랩" 효과를 유지하거나 향상시키면서 전통적인 카본 블랙 안료를 도입하는 것입니다. 연구진은 카본 블랙 안료 입자가 탄소 나노튜브 배열을 따라 자발적으로 배열되어 미세한 "봉우리와 계곡"으로 구성된 거친 표면을 형성하도록 만들었습니다. 이 구조는 입사광을 여러 번 산란시키고 가둘 수 있어 가시광선 영역에서 코팅의 총 흡수율이 99%를 초과합니다. 이전의 깨지기 쉬운 순수 나노튜브 코팅과 비교하여 이 하이브리드 재료는 기계적 강도와 접착 특성을 크게 향상시키며 대량 생산 코팅에 대한 자동차 산업의 요구 사항에 더 가깝습니다.

Nippon Paint Group의 상하이 핵심 R&D 센터 컬러 기술 팀의 화학 연구원인 Liu Zhiwei는 중국 시장에서 바디 컬러가 주요 판매 포인트 중 하나가 되었다고 말했습니다. 딥 블랙 자동차 도색은 오랫동안 고급 자동차의 상징적인 색상으로 자리해 왔으며, 우아한 외관, 강렬한 시각적 효과, 고급스러운 기질로 널리 사랑받고 있습니다. 그는 자동차 제조사들이 치열한 경쟁 속에서 브랜드 이미지를 강화하기 위해 양산이 가능하고 극한의 흑도를 지닌 울트라블랙 코팅 솔루션을 적극적으로 찾고 있다고 지적했다.

공정 적응 측면에서 볼 때, 이 새로운 하이브리드 코팅의 하이라이트 중 하나는 기존 코팅 공정을 완전히 재구성할 필요 없이 전통적인 자동차 스프레이 생산 라인을 통해 적용할 수 있다는 것입니다. 연구팀은 습기와 고습도 환경에 노출된 테스트에서 코팅이 장기 안정성 측면에서 우수한 성능을 발휘하고 습도, 내수성, 접착력 등 주요 테스트를 통과해 산업적 응용 가능성이 높은 것으로 확인했다. 상하이 팀은 모델 자동차에 스프레이 페인팅 디스플레이를 완성했습니다. 차체는 반사가 거의 없는 딥블랙을 표현하며, 차체의 곡면 디테일은 조명 아래서 거의 눈에 띄지 않습니다.

기술 원리의 관점에서 볼 때 수직 정렬 탄소 나노튜브 배열(VACNT) 코팅 자체는 과학계에 알려진 "가장 검은" 재료 중 하나입니다. 나노 규모의 관형 구조는 기판 표면에 수직이며 매우 높은 다공성과 다중 산란 채널을 형성합니다. 입사광이 '나노 숲'에 들어간 후 지속적으로 산란 및 흡수되어 빠져나가기가 매우 어려워 매우 높은 광흡수율을 달성합니다. 이미 2014년 영국 기업 써리 나노시스템즈(Surrey NanoSystems)가 개발한 반타블랙(Vantablack)은 유사한 원리를 바탕으로 폭넓은 주목을 받으며 예술, 우주망원경 내부소멸 등의 분야에 적용됐다.

그러나 자동차와 같은 까다로운 응용 시나리오의 경우 최고의 광학 성능과 기계 및 프로세스 성능의 균형을 맞추는 방법은 항상 엔지니어링 구현에서 가장 큰 문제였습니다. 이번에 중국팀이 제안한 하이브리드 카본블랙-탄소나노튜브(CB-CNT) 솔루션은 두 종류의 탄소재료를 미시적 수준에서 시너지 효과를 발휘한다. 이는 나노튜브 어레이의 초광흡수 능력을 활용할 뿐만 아니라 기존 카본 블랙 시스템의 성숙한 공정 경로와 물리적 강도를 활용하여 대규모 대량 생산 가능성을 제공합니다.

연구진은 또한 앞으로 이 하이브리드 시스템에 GRIT(구배 굴절률 기술)를 추가로 도입할 것으로 예상한다고 밝혔습니다. 즉, 코팅 내부에서 굴절률이 위에서 아래로 점진적으로 변하는 구조를 구축하여 표면 반사를 더욱 줄이고 코팅에 들어간 후 빛이 "탈출할 곳"이 없게 할 수 있을 것으로 예상됩니다. 울트라블랙 소재 분야에서는 최신 성과 중 일부가 소위 '포나인'(99.99%) 흡수 수준에 접근했지만, 이 극한 범위에서 이를 어떻게 정확하게 측정하는가 자체가 과제이다.

관련 결과는 학술지 'Matter & Light'에 게재됐으며, Cell Press와 EurekAlert를 통해 공개됐다. 업계에서는 중국 현지 시장에서 블랙 고급형 모델에 대한 수요가 지속적으로 증가하는 가운데, 양산 가능성이 있는 이런 종류의 울트라블랙 코팅이 본격적으로 OEM에 도입되면 시각적 디자인, 브랜드 인지도, 기능성 매트 등 다방면에서 새로운 경쟁력을 가져올 것으로 기대하고 있다. 측정 기술이 더욱 발전하기 전에는 이것이 진정으로 "세계에서 가장 검은 자동차 코팅"이라는 타이틀을 획득할 수 있을지 판단하기 어려울 수 있지만, 중국 시장에서는 분명히 "극한 검정색"을 둘러싼 기술 및 미학적 경쟁이 시작되었습니다.