빛 이용해 유리의 모양과 크기 나노수준 정밀 가공한다

KAIST 김희탁·박정기 교수팀, 나노수준 정밀 유리구조체 제작

국내 연구진이 단순히 빛을 쪼이는 방법으로 실리카(유리)와 같은 단단한 세라믹 구조체의 모양을 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 수준에서 정교하게 제어할 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 강성모) 생명화학공학과 김희탁·박정기 교수 연구팀은 6일 특정 방향성이 있는 편광에 반응하는 질소화합물인 아조(azo) 분자에 실리카 전구체를 결합하고 나서 인쇄와 빛 조사, 열처리 과정을 거쳐 나노미터 수준의정교한 모양을 가진 유리 구조체를 만들었다고 밝혔다.

이 연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 재료과학분야 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano, 9월 21일자)에 게재됐다.

실리카 구조체는 탄소 중심의 유기물 구조체에 비해 고온, 고압, 바이오 물질과의 안정성이 좋고 내화학성, 투명성 등이 높아 약물전달 등을 위한 미세유체칩의 내부 채널, 태양전지 기판 등에 폭넓게 이용된다.

그러나 실리카는 특유의 높은 경도 때문에 구조체 모양과 크기를 변화시키기 어려워 나노미터 수준의 구조 가공은 매우 어려운 것으로 여겨졌다.

연구팀은 이 연구에서 질소 원자 두 개가 이중결합 된 아조기(azo group) 양끝에 벤젠고리 등이 결합한 아조분자를 이용해 실리카 구조를 나노미터 수준에서 정교하게 가공하는 기술을 개발했다.

아조분자가 특정한 방향성이 있는 편광을 받을 때 같은 방향으로 움직이는 특성이 있는 점을 이용한 것이다.

먼저 아조분자에 탄소와 실리콘으로 이루어진 실리카 전구체를 결합시키고 이물질을 용매에 녹인 다음 패턴이 제작된 고무몰드로 도장처럼 찍어내는 용액-마이크로 임프린팅 기법으로 정해진 패턴형태로 제작한다.

이렇게 제작된 아조분자와 실리카 전구체 패턴에 빛을 쪼이면 아조분자가 편광방향에 따라 움직이면서 원하는 구조가 만들어지고 이를 400∼600℃로 열처리를 하면 아조분자의 질소와 실리카 전구체의 탄소가 제거되면서 실리카 구조물만 남게 된다.

연구진은 이 방법으로 30나노미터 이하 크기의 나노구조를 갖는 대면적 실리카구조체를 만들었으며 원형의 홀에 빛을 쪼여 타원형의 홀과 기둥 구조를 구현했다.

연구진은 이 기술이 실리카를 이용해 초소수성 기판을 만들거나 미세유체칩 내의미세채널 등 물리적, 화학적 내구성이 요구되는 소자를 제작하는 분야 등에 광범위하게 응용될 수 있다고 밝혔다.

김희탁 교수는 "이 연구는 기존에 없었던 새로운 방식의 실리카 나노구조체 가공 방법을 개발한 것"이라며 "세라믹을 나노 영역에서 다양한 형태로 구조를 가공할수 있는 최초의 방식"이라고 설명했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>