POSTECH, “주름잡아” 나노선 만든다
조길원 교수팀, ‘주름’ 이용해 나노선 정렬하는 기술 최초 개발

인간의 피부는 자외선과 활성산소에 장시간 노출되면 ‘노화의 상징’ 주름이 생긴다. 같은 방식으로 PDMS(polydimethysiloxane)라는 고무에 인위적인 주름을 만들어 단 1분 만에 반도체나 센서에 활용되는 ‘나노선(nanowire)’을 손쉽게 배열할 수 있는 방법이 세계 최초로 개발됐다.

POSTECH 화학공학과 조길원 교수(56)․이승구 박사(32) 연구팀은 나노선이 섞여 있는 알코올 용액을 주름진 표면에 떨어뜨려, 나노선이 주름 사이에 들어가게 한 다음 용액을 증발시켜 나노선을 원하는 모양으로 정렬시키는 새로운 방법을 개발, 재료분야의 세계적 권위지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 표지논문을 통해 발표했다.

나노선은 지름 100nm이하의 극미세선으로 광학소자는 물론 센서나 전지, 촉매 등 다양하게 활용된다. 하지만 나노선을 이용한 기술들을 상용화하기 위해서는 이 나노선들을 효율적으로 원하는 모양대로 정렬하는 기술 개발이 반드시 필요하다.

연구팀은 자외선과 산소만 있으면 균일한 주름을 만들 수 있고, 쉽게 주름을 펼 수도 있는 실리콘 고무, PDMS에 눈길을 돌렸다. 우선 이 고무에 미세한 주름을 만들어준 다음 나노선이 분산된 에탄올용액을 떨어뜨린다. 이때 표면장력이 작은 에탄올은 주름으로 갈라져 들어가고, 빠르게 증발하면서 고무의 주름 사이에 나노선을 남기게 된다.

그리고 용액이 증발된 뒤 주름을 펴주면 나노선은 처음에 만든 주름모양 그대로 남아있으며, 이 나노선을 실제로 사용하고자 하는 반도체 표면 등에 스탬프처럼 찍어주면 된다. (첨부그림 참조)

연구팀이 원하는 모양대로 정렬된 나노선을 얻는데 걸리는 시간은 고작 1분여로, 실제 상용화에 사용되는 센서 등의 크기에도 이와 같은 시간이 걸리는 것으로 알려졌다.

또, 주름의 모양이나 찍는 조건을 조금 바꿔주는 것만으로도 나노선의 밀도나 모양을 마음대로 제어할 수 있는데다, 고온이나 별도의 독특한 공정을 사용하지도 않는 등 조건도 단순해 나노선 제작비용과 시간을 크게 절감할 수 있을 것으로 연구팀은 내다봤다.

연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구결과는 나노선을 정렬하고 모양을 만드는 간단하고 새로운 기술을 개발한 것 뿐만 아니라, 미세구조를 가지고 있는 표면 위에 떨어뜨린 액체방울이 증발하면서 액체 속 물질이 이동하고 자리를 잡아가는 현상을 이해하는데 기여한 것에도 학계의 높은 평가를 얻었다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 소프트일렉트로닉스 연구단의 지원으로 수행됐다.