카이스트 “탄소나노튜브 고정밀 가공 가능해진다”

▲한국기계연구원 정준호 박사(왼쪽부터), 하지환 박사후연구원, KAIST 박인규 교수, 양인영 박사과정, 김산하 교수, 고려대 안준성 교수

카이스트(KAIST, 총장 이광형) 기계공학과 박인규 교수, 김산하 교수가 고려대학교(총장 김동원) 세종캠퍼스 안준성 교수, 한국기계연구원(원장 류석현) 정준호 박사와 공동연구를 통해 탄소나노튜브의 원자 침투성 향상을 위한 고정밀 나노패터닝 기술을 개발했다.

13일 카이스트에 따르면 탄소나노튜브는 강철보다 강도가 높아 반도체, 센서, 화학, 군수산업 등 다양한 분야에 활용되지만 실제 사용하려면 금속·세라믹 소재가 표면에 코팅되어야 한다.

그러나 합성된 탄소나노튜브는 높은 응집률을 갖고 있어 원자 침투성이 떨어지고 내부에 기능성 물질을 균일하게 코팅하는 것이 불가능하다.

이를 극복하기 위해 탄소나노튜브의 마이크로 패터닝 등 다양한 기술이 개발되고 있지만 균일한 코팅을 위한 높은 원자 침투성을 갖는 탄소나노튜브의 구현은 아직 미흡한 실정이다.

이번에 공동 연구팀은 탄소나노튜브의 표면을 균일하게 코팅할 수 있도록 보조하는 나노전사인쇄 기반 패터닝 기술을 개발하는데 성공했다.

연구팀은 정교하게 제작된 금속 또는 금속산화물 나노구조체를 전사할 수 있는 나노 임프린팅 공정을 접목한 공정을 개발, 다양한 형상의 나노 패턴을 따라 탄소나노튜브 성장을 구현해 원자 침투성의 개선을 통한 기능성 물질 코팅의 품질 향상을 실현했다.

세라믹 코팅 품질의 개선은 탄소나노튜브의 기계적 복원 특성을 높일 수 있기 때문에 반도체, 센서, 에너지 소자의 반복적 활용 및 산업적 적용을 위해 반드시 선결돼야 하는 작업이다.

연구진이 개발한 나노 패턴된 탄소나노튜브는 내부까지 금속이 증착되는 결과를 보였으며 이와 같은 금속 증착 품질의 개선은 가스 센서와 같은 활용을 위한 촉매 역할을 해 보다 민감하고 반응성이 우수한 센서 활용이 가능해진다.

KAIST 박인규 교수는 “이번에 개발된 수직 정렬 탄소나노튜브의 나노패턴화 공정은 탄소나노튜브 기능성 코팅 응용에 있어 본질적인 문제인 낮은 원자 침투성을 해결할 수 있을 것으로 기대된다"며 “추후 기계적·화학적 응용을 포함한 탄소나노튜브의 산업 전반적 활용으로 이어지고 나노테크놀로지의 압도적 선도국가가 되기 위한 발판이 될 것"이라고 연구의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 및 산업통상자원부, 한국과학기술원의 재원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업, 산업기술알키미스트프로젝트, 도약연구 프로젝트의 지원을 받아 수행됐다.

한국기계연구원 하지환 박사후연구원, KAIST 기계공학과 양인영 박사과정, 고려대 세종캠퍼스 안준성 교수가 공동 제1저자로 참여했으며 연구 결과는 세계적 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 6월 온라인판에 게재되고 학술지 전면 표지논문으로도 선정됐다.

김철훈 기자 kch0054@ekn.kr