자개인데, 왜 색이 움직일까
나전칠기(螺鈿漆器) 함이나 소반을 본 적 있는 사람은 많다. 옻칠한 검은 바탕 위 자개 조각이 보는 각도를 조금만 바꿔도 푸른빛에서 붉은빛, 초록빛으로 슬쩍 넘어가는 그 장면 말이다. 그런데 왜 그런 무지갯빛이 나는지 설명할 수 있는 사람은 드물다. 물감도 염료도 아니다. 자개 표면에는 색소라 부를 만한 것이 사실상 없다. 이 반전의 답은, 자개 안에 정교하게 설계된 나노미터 단위 구조가 빛을 다루는 방식에 있다.
자개를 오려 박아 넣는 손끝의 기술
나전칠기는 목기 바탕에 전복류·소라 껍데기를 얇게 갈아낸 ‘자개’를 붙이고 옻칠로 마감하는 한국 전통 공예로, 고유어로 ‘자개박이’라고도 불렀다. 자개 공예의 기원은 6세기경 신라 고분 출토품까지 거슬러 올라가는 것으로 보이며, 고려시대에 절정을 이루어 독자적 양식을 확립했고, 조선시대에는 중앙관청에 나전장(螺鈿匠)을 두어 전문 기술로 이어졌다. 이 기예는 1966년 국가무형유산(국가무형문화재 제10호)으로 지정되었다.
핵심 기법은 두 가지다. 상사칼로 자개를 가늘게 썰어 이어 붙여 기하학무늬를 만드는 ‘끊음질’, 도안대로 오려내 매화·국화 같은 회화적 무늬를 표현하는 ‘줄음질’이다. 둘 다 0.5~1밀리미터 두께로 다듬은 자개를 쓴다. 고려 나전칠기 중 온전히 전하는 것은 세계적으로 20점 안팎뿐이며 정교함으로 이름났다. 국립중앙박물관 소장 3점 중 ‘나전경함’은 2018년 보물 제1975호로 지정됐고, 2020년 환수된 ‘나전 국화넝쿨무늬 합’에는 약 4만5000개의 자개 조각이 붙어 있다.
색소 없이 색을 내는 재료, 진주층
자개의 정체는 조개껍데기 안쪽의 ‘진주층(나크레, nacre)’이다. 탄산칼슘 결정인 아라고나이트(aragonite) 판이 콘키올린(conchiolin)이라는 단백질 박막과 교대로 겹겹이 쌓인 다층 구조로, 흔히 ‘벽돌과 모르타르’ 구조에 비유된다. 아라고나이트 판은 폭 약 10~20마이크로미터의 육각형, 두께는 약 0.5마이크로미터(문헌별 200~900나노미터) 수준이고, 판 사이 유기물 박막은 두께 10~50나노미터로 더 얇다. 부피 기준 95% 이상이 아라고나이트이고 나머지가 유기 매트릭스인 정교한 복합재료다. 진주 역시 같은 진주층 물질로, 조개가 이물질을 겹겹이 감싸며 만든다.
이 구조는 아름답기만 한 게 아니다. 육각형 판들이 이웃과 약 20%씩 겹치고 뒤틀린 모서리가 맞물려, 힘을 받으면 균열이 곧게 뻗지 못하고 유기층을 따라 굴절되며 에너지를 흡수한다. 그 덕에 진주층은 순수 아라고나이트 결정보다 파괴에 견디는 힘이 연구에 따라 대략 1,000배~3,000배 정도로 높다고 알려져 있다(정확한 배율은 논문마다 편차가 있다). 작은 판을 어긋나게 쌓는 것만으로 전혀 다른 강도가 나오는, 창조물에 담긴 정교한 구조 설계다.
빛이 부딪혀 만드는 색, 구조색
자개의 무지갯빛을 푸는 열쇠는 이 나노 구조의 ‘크기’다. 아라고나이트 판 두께(약 0.5마이크로미터 안팎)는 가시광선 파장대(약 400~700나노미터)와 거의 같은 규모다. 빛이 이 규칙적 미세구조에 부딪히면 판 위·아래 표면에서 반사된 빛끼리 간섭을 일으키는데, 이를 박막간섭(thin-film interference)이라 한다. 이 간섭으로 어떤 파장은 서로 강해지고(보강간섭), 어떤 파장은 상쇄된다(상쇄간섭) — 그 결과 색소 없이도 특정 색만 두드러지는 ‘구조색(structural color)’이 나타난다. 물감·염료가 파장을 흡수해 색을 내는 것과는 원리 자체가 다르다.
구조색은 보는 각도나 조명이 바뀌면 간섭 조건도 바뀌어 색이 변한다(무지갯빛, iridescence). 자개를 기울이면 표면 각도·연마 상태에 따라 반사색이 달라 보이는 게 이 원리다. 모르포나비의 선명한 파란 날개도 색소가 아니라 날개 비늘의 나노구조 간섭이 만든 색이고, 공작 깃털은 멜라닌 색소 위에 나노 구조를 더해 청록빛을 함께 낸다. 나전칠기의 자개 역시 이런 구조색 재료를, 사람이 끊음질·줄음질이라는 정교한 손기술로 오려 붙인 공예품이다.
재료과학이 다시 주목하는 이유
진주층의 ‘벽돌과 모르타르’ 구조는 오늘날 재료과학 연구자에게도 흥미로운 참고 모델이다. 연구자들은 이 구조를 본떠 유리섬유 강화 복합재, 세라믹-고분자 복합재 같은 생체모방(biomimetic) 재료를 연구해 방탄·충격보호재, 화재 조기경보 소재 등에 응용하려 시도하고 있다. 얇은 판과 더 얇은 유기층을 어긋나게 겹치는 것만으로 강도와 색이라는 서로 다른 성질을 함께 얻어내는 이 구조는, 몇백 년 전 장인이 자개를 오려 붙이며 이미 눈으로 확인했던 아름다움의 근원이다. 나전칠기의 무지갯빛은 색소의 화려함이 아니라, 창조물에 담긴 나노미터 단위 설계 원리의 결과다.
