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정밀 3D프린팅 기술로 높이 7μm 짜리 구조물 쌓는다

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정밀 3D프린팅 기술로 높이 7μm 짜리 구조물 쌓는다

2019.12.19 13:01
IBS 제공
조윤경 첨단연성물질 연구단 IBS그룹리더(UNIST 생명과학과 교수) 연구팀은 전기 방사 방식에 쓰이는 고분자 용액에 염화나트륨을 더하는 방식으로 나노 섬유를 3차원으로 놓게 쌓는 데 성공했다. IBS 제공

국내 연구팀이 3D 프린팅으로 나노 구조물을 제작할 수 있는 기술을 개발했다. 

 

기초과학연구원(IBS)은 기존 근거리에서 전기적으로 하전된 고분자용액을 방사하던 기술을 향상시켜 나노 섬유를 3차원으로 놓게 쌓는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 

 

기존 근거리 전기방사 기술은 기판으로부터 가까은 거리에서 빠르게 굳는 고분자 용액을 쏘아 섬유를 만들어 쌓는 방법이다. 나노 두께의 섬유를 위치를 정밀하게 조절하면서 쌓을 수 있다는 장점이 있지만, 높이 쌓으려면 복잡한 외부 부속품이 필요해 대개 2차원 평면 구조를 만드는 데 그쳤다.  

 

조윤경 첨단연성물질 연구단 IBS그룹리더(UNIST 생명과학과 교수) 연구팀은 전기 방사 방식에 쓰이는 고분자 용액에 염화나트륨을 더하는 방식으로 이 한계를 극복했다. 

 

연구팀은 이미 쌓인 나노 섬유와 새로 쏘는 고분자 용액 사이에 정전기력을 이용하면 나노 구조물을 높이 쌓을 수 있을 것으로 예상했다. 고분자 용액에 여러 첨가물을 섞어보며 정전기력을 변화시키는 실험 결과, 염화나트륨을 추가할 경우 나노 섬유와 인력이 작용해 나노 구조물을 높게 쌓을 수 있음을 확인했다. 염화나트륨이 섞인 고분자 용액은 전기전도도가 높기 때문에, 나노 섬유로 쌓이는 즉시 전하가 기판으로 빠르게 이동하면서 인력이 생긴다. 

 

연구팀은 이 방식으로 나노 섬유를 100개까지 일렬로 쌓아 높이 약 7μm(마이크로미터, 100만분의 1m) 짜리 나노 구조물을 만드는 데 성공했다. 기존 한 층짜리 나노 구조물보다 72배나 더 높게 쌓은 것이다. 

 

제1저자인 박양석 연구원은 "제설에도 쓸 만큼 저렴하고 흔한 염화나트륨을 이용해 가장 쉽고 효과적으로 근거리 전기방사 방식을 향상시켰다"고 설명했다. 

 

연구팀은 고현협 울산과학기술원(UNIST) 화학공학과 교수팀과 함께 이 기술을 활용해 전도성이 높고 빛 투과율은 거의 그대로인 3차원 투명 전극을 만드는 데도 성공했다. 전극 모양으로 나노 구조체를 3D 인쇄한 뒤 전기전도도가 우수한 은으로 코팅하고 투명한 실리콘 필름 안에 넣은 것이다. 이번에 개발한 기술을 이용해 전극처럼 복잡한 나노 구조도 제작할 수 있음을 입증했다. 

 

조윤경 그룹리더는 "이 연구 결과를 나노전자공학이나 스마트 재료, 바이오메디컬 장치에 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다. 이 연구 결과는 국제학술지 '나노 레터스' 5일자에 발표했다. 

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