탄소나노튜브 고정밀 가공 기술 개발…“반도체·센서·에너지 소자 활용”

[산업일보]
국내 연구진이 탄소나노튜브의 표면을 균일하게 코팅하도록 보조하는 고정밀 가공 기술을 개발했다. 고성능 가스센서, 에너지 소자 등 차세대 소자 핵심 소재로 활용될 것으로 기대된다.

한국기계연구원(이하 기계연) 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 정준호 책임연구원은 KAIST 기계공학과 박인규·김산하 교수, 고려대학교 세종캠퍼스 안준성 교수와 공동 연구를 통해 ‘탄소나노튜브의 원자 침투성 향상을 위한 고정밀 나노패터닝 기술’을 개발했다고 8일 밝혔다.

탄소나노튜브는 다이아몬드의 주성분인 탄소가 6각형 고리 형태로 연결된 지름 1나노미터(1m의 10억분의 일)의 긴 대롱 모양 소재다. 강철보다 강도가 높아 반도체, 센서, 화학, 군수산업 등 다양한 응용 분야에 활용된다.

하지만 탄소나노튜브로 고성능 반도체, 센서, 에너지 소자를 구현하기 위해선 수직 성장된 탄소나노튜브 표면에 기능성 물질을 코팅해야 한다. 합성된 탄소나노튜브는 높은 응집률을 갖고 있어 원자 침투성이 떨어지고, 내부에 기능성 물질을 균열하게 코팅하는 것이 불가능했다.

이를 극복하기 위해 탄소나노튜브의 마이크로 패터닝 등 다양한 전략 기술이 개발되고 있지만, 높은 원자 침투성을 갖는 탄소나노튜브 구현은 미흡한 실정이라는 게 연구팀 측 설명이다.

공동 연구팀은 정교하게 제작된 금속 또는 금속산화물 나노구조체를 전사할 수 있는 나노전사인쇄공정과 탄소나노튜브 성장공정을 접목한 하이브리드 공정을 개발했다. 그 결과 다양한 형상의 나노 패턴을 따라 탄소나노튜브를 성장시켜 원자 침투성을 개선할 수 있었다.

연구팀은 ‘세라믹 코팅 품질 개선으로 탄소나노튜브의 기계적 복원 특성을 높일 수 있어 반도체, 센서, 에너지 소자의 반복적 활용과 산업적 적용을 위한 선결 과제’라면서 ‘보다 민감하고 반응성이 우수한 센서 활용이 가능해진다’라고 평가했다.

정준호 기계연 책임연구원은 “개발된 탄소나노튜브 복합소재가 고성능 가스센서, 에너지 소자 등 차세대 소자의 핵심 소재로 확장 적용될 것으로 기대된다”라고 밝혔다.