▲ 액체 매질에 분산된 나노 및 미세 입자는 저주파수의 음파 진동 하에서 유체 역학적 집중 현상(hydrodynamic focusing)에 의해 격자 형태의 패턴을 형성한다..

국내 연구진이 음파를 이용해 나노 및 미세물질을 원하는 크기와 위치에 정렬시키는 기술을 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 4일 심우영 연세대 교수 연구팀이 소리(음파)를 이용하여 나노 및 미세물질을 원하는 위치에 정렬할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하였다고 밝혔다.

전자, 디스플레이, 바이오, 의료분야 등 광범위한 산학분야에서 나노물질 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 나노물질의 뛰어난 물성에도 불구하고 원하는 위치에 나노물질을 정렬할 수 있는 기술이 없어 산업적 응용이 제한되고 있는 실정이다.

따라서 기존의 전기적 또는 화학적 위치 제어 기술에서 벗어나, 시장성 및 상용성을 고려한 새로운 패러다임의 나노 및 미세물질 제어기술에 대한 집중적 연구가 필요했다.

이에 심우영 교수팀은 저주파의 음파를 이용한 센티미터 스케일의 대면적 나노 및 미세물질 정렬 기술을 새롭게 개발했다.

연구팀은 나노 및 미세입자를 용매에 섞어 기판에 도포한 후 기판에 음파 진동을 가했다. 나노 및 미세입자는 용매 표면에 생기는 물결(파동)을 따라 움직이며 원하는 위치에 정렬된다. 이후 용매를 빠르게 증발시켜 나노 및 미세입자의 위치를 고정시킨다.

용매가 도포된 기판 전체에 나노물질이 정렬되므로 센티미터 이상 대량의 물질을 제어 가능하다. 게다가 음파 진동의 물결을 따라 나노 및 미세물질이 즉시 이동하여 정렬되므로 공정 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.

또한 위 기술은 유체와 입자간의 역학적 관계를 바탕으로 하였으므로 입자의 전기적· 자기적 특성과 무관한 위치 제어가 가능하다. 따라서 전자 분야와 더불어 비전기적·비전자적 나노물질을 이용하는 바이오, 환경, 에너지 등 광범위한 분야에서도 물질제어 기술로 활용 가능하다.

심우영 교수는 “나노 물질의 다양한 응용 시 큰 장벽이었던 대량 나노물질 정렬의 한계를 극복할 수 있게 되었다”며 “해당 기술은 나노 전자 및 광학 디바이스 제작, 세포 배열을 이용한 질병 진단 키트 개발에 응용될 수 있다. 또한 기하학적 구조, 방향, 배열로 물질의 특성이 조절되는 새로운 특성 물질 제조 등에도 적용 가능한 기술로 자리매김할 수 있을 것이다.”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한국연구재단 연구교류사업의 지원을 통해 거둔 이번 연구성과는 나노분야의 권위있는 학술지인 미국 화학회의 ‘나노 레터스(Nano letters)’ 10월 12일자에 게재되었으며 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’ 10월호 연구 하이라이트로 선정되었다.