차세대 신소재 `탄소나노튜브` 표면 코팅 품질 높였다

KAIST, 나노패턴된 탄소나노튜브 패터닝 기술 개발
원자 침투성 낮은 한계 극복..고민감도 센서 등 활용

원자 침투성을 개선한 나노 패턴화된 탄소나노튜브. KAIST 제공

차세대 신소재로 널리 쓰이는 탄소나노튜브 표면을 높은 정밀도로 균일하게 코팅할 수 있는 나노패터닝 기술이 개발됐다.

KAIST는 박인규·김산하 기계공학과 교수 연구팀이 안준성 고려대 세종캠퍼스 교수, 정준호 한국기계연구원 박사 연구팀과 공동으로 탄소나노튜브의 원자 침투성을 높인 '탄소나노튜브 나노패턴화 공정 기술'을 개발했다고 8일 밝혔다.

탄소들이 육각형 고리 형태로 연결돼 지름 1나노미터의 긴 원기둥 모양의 탄소나노튜브는 강철보다 강도가 높아 반도체, 센서, 화학, 군수산업 등 다양한 분야에 쓰인다.

탄소나노튜브를 실제 고성능 반도체나 센서, 에너지 소자 등에 적용하려면 표면에 금속·세라믹 소재 등 기능성 물질을 코팅해야 한다. 하지만, 이렇게 합성된 탄소나노튜브는 높은 응집률로 인해 원자 침투성이 떨어지고 내부에 기능성 물질을 균일하게 코팅하는 것이 불가능하다.

연구팀은 정교하게 제작된 금속이나 금속산화물 나노구조체를 전사할 수 있는 나노 임프린팅 공정을 적용해 다양한 형상의 나노 패턴을 따라 탄소나노튜브 성장을 구현한 뒤 세라믹 원자층을 균일하게 코팅하는 데 성공했다. 세라믹 원자층으로 코팅한 나노패턴의 탄소나노튜브는 기존 탄소나노튜브보다 높은 응집률을 보여 세라믹 원자 증착 균일도 저하의 문제를 개선했다.

아울러, 전자빔 증착법과 같은 물리적 증착법은 탄소나노튜브 상단에만 금속이 증착된 데 반해, 나노패턴된 탄소나노튜브는 내부까지 금속이 증착됐다. 이 때문에 보다 민감하고 반응성이 뛰어난 우수한 센서로 활용할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

박인규 KAIST 교수는 "탄소나노튜브의 기능성 코팅의 한계인 낮은 원자 침투성을 해결하는 패터닝 기술로 쓰여 탄소나노튜브 산업 전반으로 활용할 수 있는 기회가 될 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(지난 6월)' 온라인에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr