국내 연구진이 홍합의 털처럼 생긴 ‘족사’에서 영감을 받아 나노 입자의 새로운 조립 기술을 개발하는 데 성공했다.
광주과학기술원(GIST)은 정현호 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 나노 입자의 초고속 정전기적 조립 기술을 고안했다고 1일 밝혔다.
홍합은 물속 환경에서 족사라는 단백질을 방출해 바위에 붙어 있는데 이때 단백질과 함께 분비된 지방산이 표면의 수산기를 분리시켜 순식간에 물리적으로 접착한다. 연구팀은 이 같은 홍합의 메커니즘에서 새로운 나노 입자 조립 기술의 영감을 얻었다.
기존의 나노 입자 조립 기술은 추가적인 장비나 에너지가 필수였다. 정전기력 기반 조립 기술의 경우에도 전처리 및 시간 단위의 긴 공정 시간이 필요해 산업적인 대량생산·상용화에 요구되는 속도(분속 1~20m)를 달성하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 양성자 보조를 통해 나노 입자의 부착 속도를 향상시켰다. 기존 대비 최대 1000배의 속도로 몇 초 내 조립이 가능해졌다. 이를 통해 그동안 불가능으로 여겨졌던 나노 입자 기반 소자의 대량생산·상용화가 가능해질 것으로 기대된다.
이번에 개발된 조립 기술은 나노 입자와 대상 표면 간의 전기적 상호작용을 이용해 크기가 100㎚(나노미터·10억분의 1m) 이하인 나노 입자를 표면에 효과적으로 배치하는 방법이다. 연구팀은 양성자를 추가해 수산기를 제거하고 표면전위를 조정해 나노 입자 표면으로의 정전기적 인력을 강화했다. 이 방법을 통해 10초 안에 웨이퍼 전면의 입자 조립이 가능해졌다. 이러한 방법으로 웨이퍼 수준의 광소자를 구현하면 퇴색되지 않는 풀컬러를 구현하는 안료, 반사 디스플레이, 광학 암호화 장치 등 다양한 소자로 활용할 수 있다. 정 교수는 “고성능 나노 소자의 산업 생산 간의 격차를 줄이는 효율적인 해법이 될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 권두 삽화로 선정됐다.
