“물 속 기름 방울의 대 반전” 1분이면 OK 고성능 ‘박막’ 만든다.

 UNI ST 구 강 희 연구팀, 단일 공정 나노 입자 자가 조립 기술 개발

UNI ST   연구진. 구 강 희 교수, 서 승환, 허 지은, 이 주 영 연구원

국내 연구진이 복잡한 공정이 필요한 박막 제조를 물과 기름 만을 이용해 단 1분 안에 끝낼 수 있는 기술을 개발했다. 울산 과학 기술 원(UNI ST) 에너지 화학 공학과 구 강 희 교수 팀은 물속에 분산 된 기름 방울로 촉매 박막 등을 제작할 수 있는 공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

개발된 기술은 기름 방울 표면에 붙어있던 나노 입자 형태의 박막 원료가 물 위로 떠 올라 물 표면에서 조립되는 방식이다. 첨가된 과산화수소가 박막 원료에 의해 분해돼 기 포가 발생하면 박막 원료가 기 포 에 흡착 되면서 들어 올려지고, 1분 내 수면에서 조립된다.

이 공정 기술은 박막 두께를 350마이크로 미터(μm, 10-6m)부 터 정밀하게 조정할 수 있으며, 다양한 원료를 이용해 최대 100cm 2 넓이의 박막을 합성해 낼 수 있다. 제작된 박막은 다공성 구조로 표면적이 넓으며, 기계적 강도 뿐만 아니라 유연성이 뛰어났다.

또 이 박막은 조밀한 결합 구조를 지녀 기판을 물 아래에서 떠올리는 방식(lift-on)을 통해 손상 없이 쉽게 기판으로 옮겨 수 있다. 고품질 박막을 제조하더라도 박막을 기판으로 옮기는 전사 과정에서 손상이 발생하기 쉬웠다.

 

이는 박막을 입체 패턴을 포함하는 다양한 형태와 소재의 기판에 옮기는 실험을 통해 입증됐다. 특히 마이크로 미터 단위의 정교한 패턴을 가진 기판으로도 쉽게 옮겨져 기판을 정밀 코팅할 수 있었다.

개발된 기술로 만들어진 신축 변형 가능한 전극. UNI ST

연구팀은 표면에 백금을 입힌 탄소 나노 입자를 원료로 활용해 촉매 박막을 제작한 뒤 이를 나뭇잎 위로 옮겨 금을 도금해 굽혀지는 전극을 만들었다. 전극은 반복되는 굽힘에도 꼬마 전구에 불이 들어오게 할 정도로 일관된 전도성을 보였다.

구 강 희 교수는 “이 기술은 화장품 제조 등에서 쓰는 피 커 링 에 멀 전을 응용한 발상의 전환”이라고 설명했다. 피 커 링 에 멀 전은 분자 계면 활성제 대신 고체 나노 입자로 물과 기름이 직접 맞닿는 계 면을 덮음으로써 계면 에너지를 낮추는 기술이다. 

 

연구팀은 나노 입자가 유체의 경계 면에 위치하는 것이 에너지 적으로 유리하다는 점에서 착안해 이 나노 입자들이 기름-물 경계 면에서 공기-물 경계 면으로 자발적으로 이동하면서 조립되는 새로운 플랫폼을 개발했다.

구 교수는 “비용 효율성이 높을 뿐만 아니라 다양한 나노 입자 조합이 가능하고 기판을 가리지 않아 유 연 전극, 촉매, 에너지 저장장치 개발 분야에서 널리 쓰일 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 나노 과학 분야 국제 학술지 에이 씨 에 스 나노(AC S Nano)에 2월 4일 출판됐다.