구강희 UNIST 교수팀, 단일 공정 나노입자 자가조립 기술 개발
유연 전극 등에 응용 가능… ACS Nano 게재
복잡한 공정의 박막 제작을 물과 기름만을 이용해 1분 안에 완성할 수 있는 기술이 개발됐다.
구강희 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수팀은 물속에 분산된 기름 방울로 촉매박막을 만들 수 있는 새로운 공정기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
이 기술은 기름 방울 표면에 붙어있는 나노입자 박막 원료를 물 위로 올려 수면 위에서 조립하는 원리다. 첨가한 과산화수소를 박막 원료가 분해하면서 기포가 발생하고, 이 때 박막 원료가 기포에 흡착되면서 물 위로 떠올라 수면에서 1분 내에 조립된다.
이 기술은 박막 두께를 350마이크로미터(㎛)까지 정밀하게 조정할 수 있고, 다양한 원료를 이용해 최대 100㎠ 넓이의 박막까지 제작할 수 있다.
이 기술로 제작한 박막은 다공성 구조로 넓은 표면적에 기계적 강도와 유연성이 뛰어나다. 조밀한 결합 구조를 지니고 있어 물 아래에서 떠올리는 방식(lift-on)으로 손상 없이 쉽게 기판으로 옮길 수 있다.
구 교수팀은 입체 패턴을 포함해 다양한 형태와 소재의 기판에 이 개발 박막을 옮기는 실험을 진행해 이를 입증했다. 마이크로미터 단위의 정교한 패턴의 기판에도 쉽게 옮겨 정밀 코팅이 가능하다는 것을 확인했다.
기존 고품질 박막 제조 공정은 고품질 박막을 기판으로 옮기는 전사 과정에서 손상이 발생하기 쉬웠다.
구 교수팀은 백금 코팅 탄소나노입자를 원료로 촉매박막을 만들고, 이를 나뭇잎 위에 옮겨 금 코팅 플렉시블 전극을 제작했다. 이 전극은 반복 굽힘에도 꼬마전구에 불이 들어오게 할 정도로 일관된 전도성을 나타냈다.
구강희 교수는 “나노입자는 유체 경계면에 위치하는 것이 에너지적으로 유리하다. 이 점에 착안해 나노입자가 기름-물 경계면에서 공기-물 경계면으로 자발적으로 이동하면서 조립되는 새로운 공정 플랫폼을 개발했다”며 “비용 효율성이 높을 뿐만 아니라 다양한 나노입자 조합이 가능하고, 기판을 가리지 않기 때문에 유연전극은 물론 촉매, 에너지 저장장치 개발까지 널리 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 에이씨에스나노(ACS Nano) 2월 4일자에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
