IBS, 조윤경 첨단연성물질 연구단 그룹리더 개발
기존 전기방사 대비 72배 넘는 나노벽 가능

IBS는 조윤경 첨단연성물질연구단 그룹리더와 연구진이 기존 전기방사 기술에 염화나트륨을 더해 3차원 나노 섬유와 구조물을 쉽게 만드는 기술을 개발했다고 밝혔다. 사진은 연구진이 만든 나노구조체들.<사진= IBS>
IBS는 조윤경 첨단연성물질연구단 그룹리더와 연구진이 기존 전기방사 기술에 염화나트륨을 더해 3차원 나노 섬유와 구조물을 쉽게 만드는 기술을 개발했다고 밝혔다. 사진은 연구진이 만든 나노구조체들.<사진= IBS>
소금을 더해 쉽게 나노 섬유 구조물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술이 개발됐다.

IBS(기초과학연구원, 원장 노도영)는 조윤경 첨단연성물질 연구단(단장 스티브 그래닉) 그룹리더(UNIST 생명과학부 교수)와 연구진이 기존 기술에 염화나트륨을 더해 나노 섬유를 3차원으로 높게 쌓는데 성공하고 실제 나노 구조물을 선보였다고 19일 밝혔다.

기존 기술은 근거리 전기방사 기술로 빠르게 굳는 고분자(100개 이상의 원자로 구성된 큰 분자) 용액을 기판과 가까운 거리에서 쏘아 섬유를 만들어 쌓는 프린팅 기법이다. 섬유 자체가 유연해 플렉서블 센서나 인공 조직을 만드는데 쓰인다.

또 섬유 위치를 정밀하게 조절할 수 있고 비교적 낮은 전압에서 작동하는 장점이 있다. 그러나 나노 두께 섬유를 높게 쌓기 위해서는 복잡한 외부 부속품이 필요해 일반적으로 2차원 평면 구조를 만드는데 그쳤다.

연구팀은 근거리 전기방사 기술을 3차원으로 확장하기 위해 이미 쌓인 나노 섬유와 새로 방사하는 고분자 용액 사이의 정전기력에 주목했다. 전기방사는 방사되는 고분자가 앞서 쌓은 나노섬유와 같은 전하를 띠기 때문에 정전기적으로 서로 밀어내는 척력이 생겨 나노 섬유를 2층 이상 정확히 정렬하기 어렵다.

고분자 용액의 정전기력 변화를 위해 연구진은 여러 실험 후 염화나트륨을 추가했다. 그 결과 염화나트륨이 섞인 고분자 용액의 전기전도도가 높아져 나노 섬유로 쌓이는 즉시 전하가 기판으로 빠르게 이동, 처음과 반대되는 전하를 띠게 됐다.

연구진은 이같은 방법으로 나노섬유를 100개까지 일렬로 쌓아 약 7 마이크로미터(μm) 높이의 구조체를 만들 수 있었다. 기존 근거리 전기방사 기술과 달리 높이가 두께의 72배에 달하는 나노벽을 제작한 것이다.

제1저자인 박양석 연구원은 "염화나트륨은 제설에도 쓰이는 아주 값싸고 흔한 원료지만 가장 손쉽고 효과적으로 근거리 전기방사의 활용성을 대폭 향상 시켰다"고 설명했다.

연구팀은 기술을 이용해 고현협 UNIST 교수팀과 전도성이 높고 빛 투과율은 거의 그대로인 3차원 투명 전극을 만들었다. 이를 통해 복잡한 구조의 실제 전극 제작이 가능함을 입증했다.

연구를 이끈 조윤경 그룹리더는 "이번 연구는 정전기력에 대한 기초연구를 토대로 새로운 3차원 나노 섬유 프린팅 기술을 개발했다는데 의의가 있다"면서 "기존 복잡한 3차원 나노 구조를 손쉽게 인쇄할 수 있어 기존의 나노 섬유 제작기술을 보완할 것으로 기대된다"고 말했다.

그는 "이번 연구로 3차원으로 배열, 적층된 나노 섬유를 제작할 수 있어 미래에 나노전자공학, 스마트 재료와 바이오메디컬 장치에 잠재력이 크다"고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제 학술지 나노 레터스 (Nano Letters, IF 12.080) 誌에 지난 5일 게재됐다.

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