3차원(3D) 프린팅으로 나노 규모 구조물을 제작하는 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 조윤경 그룹리더(울산과학기술원 생명과학부 교수)와 연구진이 나노 섬유를 3차원으로 높게 쌓는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

연구진은 기존 근거리 전기방사 기술에 염화나트륨을 첨가하는 방법을 썼다.

근거리 전기방사 기술은 빠르게 굳는 고분자 용액을 기판과 가까운 거리에서 쏴 섬유를 쌓는 프린팅 기법이다.

기존 기술로 나노 두께 섬유를 높게 쌓으려면 복잡한 외부 부속품이 필요했다. 일반적으로 2차원 평면 구조물을 만드는 데 그쳤다.

근거리 전기방사 기술은 고분자를 양전하 또는 음전하를 띠게 하고서 반대 전하를 띤 기판으로 쏘는 원리를 이용한다.

방사된 고분자가 앞서 쌓인 나노섬유와 같은 전하를 띠면서 정전기적으로 서로 밀어내는 척력이 생기는데, 이 때문에 나노 섬유를 두 층 이상 정확히 정렬하기 어려운 것이다.

연구진이 고분자 용액에 염화나트륨을 추가하자 나노 섬유끼리 끌어당기는 힘이 발생했다.

염화나트륨이 섞인 고분자 용액은 전기전도도가 높아 나노 섬유가 쌓이는 즉시 전하 기판으로 빠르게 이동하기 때문이다.

고분자 용액이 원래와 반대되는 전하를 띠게 되면서 그다음에 방사되는 고분자 용액을 끌어당기는 것이다.

연구진은 이 방법으로 나노 섬유를 일렬로 100개까지 쌓아 약 7㎛ 높이의 구조체를 만들었다.

복잡한 외부 부속품 없이 높이가 두께의 72배에 달하는 나노 벽을 제작한 것이다.

이 기술을 이용해 연구진과 고현협 울산과학기술원 교수팀은 전도성이 높고 빛 투과율은 거의 그대로인 3차원 투명 전극도 만들었다.

조윤경 그룹 리더는 "3차원으로 배열된 나노 섬유를 제작할 수 있게 되면서 나노 전자공학, 스마트 재료, 바이오 메디컬 장치에 응용되는 등 잠재력이 크다"고 말했다.

연구 성과는 지난 5일 국제 학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 실렸다.