나노 제조, 레고처럼 자유롭게 만든다


 


국내 연구진이 이산화탄소를 이용해 기존에 비해 쉽고 경제적이며 친환경적인 나노물질을 만들었다.


 


김상우 한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 박사와 안재평 특성분석센터 박사 공동 연구팀은 레고 블록을 조립하듯이 나노입자를 자유롭게 활용해 다차원 반도체 나노물질(나노입자, 나노시트, 나노선)을 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.


 


1나노미터(10억분의 1m)에 불과한 나노입자, 나노선, 나노시트와 같은 3차원 형상의 나노물질은 촉매나 반도체, 센서, 태양 전지 등에 다양하게 활용된다.


 


하지만 기존 나노물질을 만들 때는 일정한 틀을 갖고 있는 ‘주형’이나 금속 성장촉진제와 같은 불순물이 사용되기 때문에 이를 제거하는 공정이 추가로 요구돼 복잡하고 비경제적이었다.


 


연구팀은 주형이나 성장촉진제를 사용하지 않고도 나노물질이 스스로 성장해 일정한 형상을 만드는데 성공했다.


 


 


 


나노물질은 온도와 압력에 따라서 나노입자, 나노 응집체, 나노선 형태로 변화될 수 있다.
이것을 지배하는 에너지는 초임계유체의 표면에너지와 초임계 CO
2의 물질에 대한 투과력의 균형관계이다.
이번 연구에서는 이들 물질이 공정변수에 의해 매우 정밀하게 제어됐으며,
나노물질의 형태는 공정에 따라서 가역적으로 변화되는 것을 알 수 있다. KIST


 


연구팀이 활용한 것은 초임계 상태의 이산화탄소다. 초임계는 기체와 액체의 중간 상태 물질로 작은 압력과 온도 변화에도 물성이 크게 변하는 특성을 갖고 있다.


 


김상우 박사는 “가돌륨(Gd)과 세륨(Ce)에 초임계 이산화탄소를 붙이면 표면에너지를 조절하며 스스로 성장하는 나노물질이 만들어진다”며 “표면에너지가 작으면 구형으로 자라고 크면 물질이 잘 달라붙는 원리를 이용했다”고 설명했다.


 


온도와 압력을 조금씩 변화시키면서 원하는 나노물질 형상을 만들 수 있게 된 것이다.


 


연구팀은 이 기술을 이용하면 향후 다양한 물질의 나노물질을 레고블럭과 같이 조립해서 만들 수 있을 것으로 기대했다.


 


안재평 박사는 “이번 연구로 다차원 나노물질을 제조하는 온도, 압력 지도와 실험방법을 알게 됐다”며 “더 많은 연구자들이 이 기술을 활용해 우리나라 미래소재산업의 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.


 


한편, 이번 연구 성과는 세계적 권위의 과학전문지 네이처(Nature)의 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’ 4월호에 5일 게재됐다.


 


 


 


윤수영 사이언스올 편집위원


 


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