▲ 최대근 나노공정연구실 박사.

전사 방식을 통해 나노구조물을 자유지지 형태로 제작하는 기술이 국내 최초로 개발됐다.

한국기계연구원(원장 최태인) 나노공정연구실 최대근 박사팀은 연구원 주요사업인 ‘나노·마이크로 복합구조 공정 및 응용기술’을 통해 ‘전사공정을 이용해 나노선(nanowire) 및 나노다공성막을 자유지지 형태로 제작하는 데 성공했다’고 밝혔다.

연구팀은 먼저 지지대 역할의 기둥을 제작 후, 유연한 기판위에 나노구조물을 코팅하고 적정한 온도 및 가압 조건에서 지지대 기둥에 나노구조물을 위에서 붙이는 방식의 전사공정을 실시해 100nm 이하의 박막 구조물을 자유지지 형태로 구현하는 데 성공했다.

일반 평면에 기능성 나노 물질을 직접 전사하는 기존의 기술은 저온 공정이 가능해 디스플레이, 나노발전기, 유기 트랜지스터 및 센서 등 다양한 분야에 적용돼 왔다. 반면에 소재들이 평면 위의 기판과 접촉하고 있어 기판과 측정대상 물질과의 상호 교란을 완벽히 차단하기가 매우 어렵다는 단점이 있었다.

이에 나노구조물을 자유지지 형태로 제작하면 기존 기술의 장점뿐만 아니라, 바닥에 붙지 않아 기판과의 교란 없이 나노 박막 신소재의 전기적·기계적 물성을 정확하게 측정하게 돼, 물성측정과 관련된 기초 학문 분야에 기여할 것으로 기대되고 있다.

또한 표면적이 증가돼 바이오 및 가스 센서 등의 민감도를 높일 수 있다는 장점도 있다. 이밖에도 자유지지 형태의 구조적 특징으로 인해 미세 진동(떨림)이 가능하여 나노크기의 공진기(resonator) 및 응력/변형 센서 등에 활용이 가능할 것으로 기대되고 있다.

기존 ‘자유지지 형태’ 기술은 고가에 많은 시간이 소요되고, 대량생산이 어렵거나 재료 활용이 제한적이었다. 반면에 기계연의 기술은 저가에 대량생산이 가능하며 정밀도까지 높아 다양한 곳에 활용할 것으로 기대되고 있다.

최대근 박사는 “기판 구조물의 형태, 전사 온도 및 가압 조건에 따라 나타나는 다양한 전사 형태들을 이론적으로 규명함으로써 그 중 자유지지 형태를 구현하는 최적 조건을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “이번에 개발된 대면적 전사 기술은 나노 물질의 물성 측정분야에 기여할 뿐만 아니라 구조적 장점을 살려 고감도 센서 등 새로운 응용분야 개척이 가능할 것으로 보인다”고 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 응용 재료 및 계면 분야의 권위 있는 저널인 ‘에이시에스 어플라이드 머티리얼&인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)’에 게재됐다.