안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
무기 자외선 차단제는 티타늄디옥사이드나 징크옥사이드 같은 금속 산화물 입자를 활용하여 자외선을 차단합니다. 이 물질들은 화학적으로 금속 이온과 산소 이온이 규칙적으로 배열된 이온 결정 구조를 가지며, 전자의 밀도가 높아 빛을 꺾거나 튕겨내는 굴절률이 매우 높습니다. 피부에 바르면 미세한 결정막이 형성되어 투과하려는 자외선을 경계면에서 물리적으로 반사하고 산란시킵니다.
동시에 이 금속 산화물들은 반도체와 같은 화학적 특성을 지니고 있습니다. 내부 구조상 전자가 가득 찬 가전자대와 비어 있는 전도대 사이에 밴드갭이라는 일정한 에너지 간격이 존재합니다. 티타늄디옥사이드의 밴드갭 에너지는 자외선 영역의 파장이 가진 에너지 크기와 일치합니다. 따라서 자외선이 피부에 닿으면 입자가 이 빛 에너지를 흡수하여 전자를 높은 준위로 들뜨게 만듭니다. 결과적으로 자외선은 피부에 해를 끼치지 않는 열에너지 등으로 전환되어 소멸합니다.
최근에는 입자를 수십 나노미터 크기로 줄여 파장이 긴 가시광선은 투과시켜 백탁 현상을 줄이고, 파장이 짧은 자외선만 선택적으로 산란 및 흡수하도록 유도합니다. 이처럼 무기 자외선 차단제는 결정 격자의 높은 굴절률을 통한 물리적 산란과, 반도체 특성을 활용한 화학적 에너지 흡수라는 두 가지 메커니즘이 동시에 작용하여 피부를 보호합니다.