나노와이어, "내가 원하는 대로"
나노와이어, "내가 원하는 대로"
  • 강지희
  • 승인 2019.07.30 20:10
  • 조회수 5321
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

나노와이어 참고 이미지. 출처: flickr
나노와이어 참고 이미지. 출처: flickr

나노와이어는 단면의 지름이 나노미터 수준인 선 구조를 갖는 물질입니다. 나노와이어는 전기적으로 뛰어난 특성을 보입니다. 표면적이 넓어 태양전지나 센서에 사용할 경우 효율이 뛰어나다는 장점이 있죠. 또한 나노와이어는 초소형 회로를 제작하는 데에도 쓰일 수 있습니다. 최근 과학자들은 광전, 에너지 변환, 가스·바이오 센서 등의 분야에 나노와이어를 결합하고 있으며 이는 세계를 변화시킬 10대 신기술 가운데 하나로 꼽히기도 합니다. 하지만, 이러한 많은 장점이 있음에도 나노와이어는 아직 상용화되지 못했습니다. 나노미터 수준의 회로를 제작하기 위해서는 나노와이어를 정확하게 배치하고 정렬할 수 있어야 하는데 아직은 원하는 밀도나 위치를 제어할 수 있는 기술이 없기 때문이죠. 나노와이어의 상용화를 위해서는 고도로 균일한 치수로 나노와이어를 생산할 수 있는 공정이 절실했습니다.

 

한국과학기술연구원 광전소재연구단 최원준 박사 주도하에 울산과학기술원 백정민 교수, 이화여자대학교 김명화 교수 공동 연구팀이 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 기존의 연구들을 분석하여 mm 길이의 나노와이어를 정렬시키는 데에 성공했습니다. <Nano Letters>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 단결정 이산화바나듐(VO2) 나노와이어를 정확하게 배치 및 정렬하는 공정 기술을 개발했다고 합니다.

 

어떻게 연구했는가

 플렉서블한 이산화바나듐 나노와이어 어레이 제작 방법 모식도(상단)와 플렉서블한 기판인 PDMS에 전사된 이산화바나듐 나노선 어레이에 전극 증착하여 변형센서 제작한 이미지와 변형율에 따른 저항변화율을 측정(하단). 출처: KIST

특정 패턴을 갖는 표면 위에서 나노물질(오산화바나듐, VO5)을 녹이면 액체 방울들로 분리되는데요. 연구팀은 이때 특정 방향으로 나노 액체 방울들이 스스로 정렬되는 현상을 이용해 고도로 균일하고 정렬된 mm 크기의 단결정 이산화바나듐(VO2) 나노와이어를 성공적으로 형성시켰습니다. 공동연구팀은 이 현상을 '방향성 오스트왈드 라이프닝'이라고 정의했습니다.

 

여기서 오스트왈드 라이프닝란 사이즈가 큰 파티클의 에너지 상태가 사이즈가 작은 파티클 보다 낮아 사이즈가 작은 파티클은 액체 상태로 녹아들어가는 반면, 큰 파티클은 점점 더 크기가 성장한다는 이론을 말합니다. 연구팀은 바나듐(V) 뿐만 아니라 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru) 그리고 철(Fe) 산화물로 구성된 나노와이어의 경우도 과냉각 방울 형성 및 이동과 오스트왈드 라이프닝 (Ostwald ripening)을 포함하는 메커니즘으로 형성됨을 확인했습니다.

 

상온에서는 반도체인 이산화바나듐은 특정 온도가 되면 금속처럼 저항이 급격하게 감소하는 특성이 있는데요. KIST 연구팀은 이 특성을 이용하여 고도로 정렬된 mm 크기의 이산화바나듐 나노와이어 변형 센서도 개발했습니다. 연구팀이 개발한 변형 센서는 단결정 나노와이어의 특성으로 인해 높은 민감도와 빠른 반응 속도를 가졌다고 합니다.

 

연구팀이 개발한 나노와이어는 다방면으로 활용될 수 있습니다. 연구팀의 나노와이어는 지속적인 재료 및 공정의 최적화를 나노미터 크기의 초소형 회로를 개발하는 공정 기술로써 적용이 가능합니다. 또한 손가락 및 발가락의 움직임 변화를 감지하는 모션 센서로의 응용으로 운동 시 신체 관절 및 근육의 이완과 수축 정도, 운동량 등을 체크할 수 있는 스마트 운동복 등으로 활용할 수 있죠. 이는 인간 움직임 감지뿐만 아니라, 민감도 및 규격 조절을 통해 대면적 스트레인 센서 어레이 제작부터 기기 설비의 미세 균열 감지기 등 다양한 분야에서 활용 가능하다고 합니다.

 

앞으로의 전망

최원준 박사. 출처: KIST
최원준 박사. 출처: KIST

KIST 최원준 박사는 "이번 성과는 이제까지 알기 어려웠던 산화바나듐 단결정 생성에 대한 이해를 높였을 뿐만 아니라 다양한 종류의 단결정 산화바나듐 나노와이어를 이용한 웨어러블 복합센서 제작에 중요한 계기가 될 것"이라고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2024 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트