[테크월드뉴스=조명의 기자]
포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수팀은 서울대학교 최만수 교수팀과 공동으로 100 나노미터 수준의 3차원 나노구조물을 제작할 수 있는 새로운 3차원 나노프린팅 기술을 ‘네이처’지에 온라인 게재했다.
기존의 3차원 프린팅 기술로는 수십 마이크로미터 크기 이하의 3차원 구조물 제작이 어렵지만, 연구팀이 개발한 3차원 나노프린팅 기술은 기존에 제작 가능한 구조물보다 100배 이상 작은 3차원 나노 구조물을 손쉽게 한번에 수천 개 이상을 대기압 중에서 제작할 수 있는 실용적인 기술이다.
기존 방법과 다르게 폴리머나 잉크를 전혀 사용하지 않고 건식 방법으로 금속 나노에어로졸을 발생시킨 후 조립하는 기술이기 때문에 불순물을 최소화시켜 초고순도 구조물을 제작할 수 있다.
4차 산업혁명의 핵심요소 기술이면서 산업 제조 기술의 큰 변화를 일으키고 있는 현존하는 3차원 프린팅 기술의 한계를 뛰어넘어 나노구조물까지 실용적으로 프린팅 할 수 있다는 점에서 산업 제조 기술의 혁신을 일으킬 것으로 기대하고 있다.
3차원 나노프린팅 기술은 높은 민감도의 3차원 나노센서, 집적도를 극대화시킬 수 있는 3차원 나노 전자소자 등의 제작이 가능해 기존 소자의 성능을 크게 올릴 수 있을 뿐만 아니라 현존하지 않는 새로운 소자도 구현할 수 있다. 예를 들면 자연계에 존재하지 않는 빛(전자기파)의 물성을 인위적으로 실현시키는 메타물질의 제작에는 정교한 3차원 나노구조물을 어레이로 만드는 것이 필요한 데 연구팀이 발표한 3차원 나노프린팅 기술로 실용적으로 실현할 수 있다.
이번에 발표한 논문에서 특정 형태의 3차원 나노금속 구조물 어레이를 제작해 원하는 인공 자기 물성을 인위적으로 구현시킴으로써 미래 신소재인 메타물질의 실용화를 앞당길 수 있음을 보여줬다.
마이크로미터 크기의 구멍이 정렬돼 있는 비전도성 마스크와 실리콘 기판이 위아래로 분리된 상태로 놓여 있는 증착 챔버 안으로 하전된 나노입자와 이온을 주입하면, 이온이 먼저 마스크 위에 축적되면서 정전기 렌즈를 형성시키게 되고, 이 렌즈를 통해 뒤따라 도달하는 하전나노입자 에어로졸 제트가 100 나노미터 수준으로 집속되는 원리를 새로운 3차원 프린팅 기술에 사용했다. 나노입자의 부착과 동시에 실리콘 기판을 3차원으로 이송시키면 원하는 형태의 3차원 나노구조물을 한번에 수천개 이상을 제작할 수 있으며, 마스크 구멍을 더 작게 만들면 수십 나노미터 크기의 3차원 나노구조물도 제작할 수 있을 것으로 보고 있다.
연구책임자인 서울대 최만수 교수는 “에어로졸 기술을 이용하는 3차원 나노프린팅 기술을 지난 10여 년간 대학원생들과 함께 동고동락하며 개발해 온 결실을 보게 돼 기쁘고, 개발된 3차원 나노프린팅 기술로 말미암아 우리나라 산업 제조 기술의 혁신적 발전이 기대된다”고 말했다.
공동 교신저자인 노준석 교수는 “본 3차원 나노프린팅 기술은 음의 굴절율, 슈퍼렌즈, 투명망토 기술로 알려진 메타물질 분야의 최대 난제였던 나노미터 수준의 임의 형상 3차원 구조를 만들 수 있는 혁신적인 생산 기술로써 메타물질 분야의 실용화에 한발 다가섰다”고 말했다.
이 연구는 포스텍, 서울대, 일본 이화학연구소(RIKEN)가 참여했으며 과학기술정보통신부가 지원하는 글로벌프런티어 멀티스케일 에너지시스템 연구단과 파동에너지 극한제어 연구단·한국연구재단 중견연구자 사업, 지역선도연구센터 사업 등을 통해 이뤄졌다.
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