|
길이가 매우 긴 나노구조체를 만드는 새로운 방법
 킬로와 나노를 서로 묶는 것은 그리 흔하지 않는 일이다. 이는 물리학 교과서의 첫 장에서 우리를 둘러싼 시 공간을 비교할 때 대응되는 개념이다. 킬로미터의 길이를 가진 나노와이어는 이와 비슷한 비교 대상으로 상당히 놀랍고 여러 가지 긴장감을 주기도 한다.
나노와이어는 지름이 단지 수 나노미터 크기로 만들어진 물질이다. 나노와이어는 특이하면서도 매우 매력적인 특성을 보이고 있다. 그러나 그 길이가 밀리미터에 이르는 것은 거의 드물다. 나노와이어는 일차원적인 특징을 가지고 있으며 스위치나 픽셀과 같이 서로 교차 연결되어 사용될 수 있다. 극 미세화 기술은 거의 모든 분야에서 활용될 수 있다. 이러한 기술을 통해서 더 높은 밀도와 더 빠른 반응속도를 가지며, 더 적은 힘으로 구동되는 소자를 만드는 것이 가능케 한다.
나노와이어의 화학적 중합과 기능성 소자로 사용될 수 있는 크기로 연결하는 기술은 나노와이어를 축과 반경 방향을 가진 물질로 만들 수 있게 한다. 이를 통해 트랜지스터와 고 해상도 감지기에 사용되는 구조체를 만드는 것이 가능해진다.
그러나 나노와이어를 연결하고 대량생산을 가능케 하는 기술은 아직 연구실 수준에 머물고 있다. 나노와이어의 정렬, 위치지정, 결합에는 많은 해결해야만 하는 과제들이 남아 있다. 화학 중합 방법은 나노와이어를 가지고 기능성 소자를 만들기 위한 전처리 과정으로 가장 많이 쓰이는 방법이다.
최근 터키 빌켄트대학(Bilkent University) Mecit Yaman 박사 연구팀은 유연한 폴리머 섬유에 나노와이어와 나노튜브를 매우 길게 정렬하는 새로운 방법을 개발하였다. 킬로미터의 길이를 가진 나노와이어를 만드는 방법은 나노와이어와 나노튜브 제작에 대한 근본적인 새로운 방법을 제시하고 있다. 기존의 상향식 제조 방법과는 달리 높은 수율과 매우 잘 정렬된 구조체를 만드는 것이 가능해지게 되었으며 마이크로 시스템에 쉽게 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
나노구조체는 섬유를 따라서 수백 미터까지 균일한 구조를 이루고 있으며 교차점에서도 매우 균일한 구조를 이루고 있다. 연구진은 이번에 독특한 다물질 코어셀 나노와이어 어레이를 만들 수 있게 되었다. 나노와이어와 나노튜브는 은으로 구성되어 있다. 열처리가 컴퓨터로 제어되면서 진행되는 크기 축소 과정을 통해서 매크로로드(macroscopic rod)는 지름이 10나노미터 이하인 나노로드로 변하게 되면서 동시에 매우 긴 축을 지닌 구조체가 된다.
이번 연구결과는 반도체적인 압전 특성을 지닌 폴리머 나노와이어와 나노튜브가 제조될 수 있다는 것을 보여준다. 또한 수백만 단위에서 일정한 규칙성을 가지는 나노와이어와 나노튜브인 일차원적인 코어 셀 구조체가 폴리머 매트릭스 내에 형성될 수 있다는 것을 보여주고 있다.
환상의 구멍(annular hole)을 가진 매크로폴리머로드는 다중축을 가진 나노와이어와 열탄성이 일치한다. 이를 통해 폴리머매트릭스 내에 육각 격자 모양의 나노와이어 구조체를 배열 시켜 밀리미터 크기의 섬유를 얻을 수 있다. 반복적인 열적 크기 감소 공정에 의해서 10 나노미터의 와이어가 균일하게 채워진 폴리머 섬유를 얻을 수 있게 되었다.
나노구조체는 광전도성 또는 상변화 특징과 같은 독특한 나노 특성으로 섬유와 결합을 하여 비교적 큰 시스템에 적용될 수 있다. 그러나 이러한 구조체의 사용은 아직 전자소자에까지는 이어지지 못하고 있다. 나노와이어는 안료를 사용하지 않는 광전 재료나 광전 효율을 향상시키는 차 세대 태양전지에 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
그림. 하향식 제조방법으로 대량 생산이 가능한 초장(ultralong) 코어/피아제전기 셀 나노와이어 어레이. 10 nm의 지름을 가진 나노와이어가 육각 격자 형태로 폴리머 매트릭스와 결합을 이루고 있다. 지름이 200nm 이하에서는 나노와이어는 독특한 기능성을 가지며 구조체의 색상이 크기에 달라지는 반도체적인 특성을 가진다.
이번 연구결과는 Nature Materials에 "Arrays of indefinitely long uniform nanowires and nanotubes"라는 제목으로 게재됐다. (doi:10.1038/nmat3038)
출처: http://www.ndsl.kr/
관련링크: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=21844.php
|
