고효율 유연한 광촉매 필름 제조기술 개발

[산업일보]
딱딱해 부러지기 쉬운 광촉매 필름을 유연하게 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 자가세정 필름이나 유연한 디스플레이 소자 등 다양한 분야에 활기를 불어넣을 것으로 기대된다. 자가세정 필름은 초발수 기능 혹은 광촉매 기능을 갖는 소재로 돼 있어 표면에서 오염물이나 불순물을 인위로 제거하지 않아도 스스로 세정되는 필름을 말한다.

한국과학기술원 기계공학과 박인규 교수, 엄현진 연구원 및 한국기계연구원 정준호 박사 연구팀이 주도한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업과 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프론티어사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 국제학술지 ‘나노스케일(Nanoscale)’ 1월 7일자 표지논문으로 게재됐다. (논문명 : Strong localized surface plasmon resonance effects of Ag/TiO₂ core–shell nanowire arrays in UV and visible light for photocatalytic activity)

외부환경으로부터 빛과 오염물질을 스스로 차단하거나 조절하고 태양광 발전, 디스플레이 등 다양한 기능을 갖는 새로운 개념의 창문인 스마트 윈도우에 응용하려면 광촉매를 유연한 겔 형태로 만드는 것이 관건인데 널리 쓰이는 타이타니아(TiO₂)는 가시광선에서 효율이 낮고 겔 형태일 때 효율이 떨어지는 것이 단점이었다.

연구팀은 은 나노선 배열 구조체를 겔 타이타니아로 감싸 가시광선에서도 광촉매 효율이 높고 유연한 투명필름을 만들어 냈다. 이렇게 만들어진 필름은 기존 겔 타이타니아 필름 대비 자외선과 가시광선에서 광촉매 효율이 최소 3배 이상 높은 것으로 나타났다. 질서정연한 은 나노선 배열로 겔 타이타니아의 광촉매 효율을 높일 수 있어 스마트 윈도우용 자가세정 필름 개발 등에 기여할 것으로 기대된다.

전기전도도가 좋은 은 나노선 구조체는 제조가 쉽고 빛을 받으면 표면의 전자가 공명하면서 전자기장 증폭이 일어난다. 이에 연구팀은 은 나노선 표면에서의 전자공명에 더해 배열된 은 나노선 상호간의 전자공명까지 유도, 전자기장 증폭을 극대화해 겔 타이타니아 필름에 더 많은 전자가 전달되도록 했다. 나아가 불투명하고 유연하지 못하다는 한계까지 극복했다.

한편, 나노임프린트(Nanoimprint Lithography)로 마치 도장을 찍듯 나노선 기판을 만든 후 열증착으로 은 필름을 올리기 때문에 대면적 제작이 가능하다는 것도 장점이다.

박인규 교수는 “높은 전자기장 증폭효과를 갖는 은 나노선 어레이 구조체와 유연한 겔 타이타니아 필름을 이용해 고효율의 유연한 자가세정 필름을 개발했으며 차세대 스마트 윈도우 및 디스플레이 기술 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.