액정물질 승화현상 이용 '3차원 나노구조' 발견

[12채수민]

국내 연구진이 고체에서 기체로 또는 그 반대로 물질이 변화하는 '승화(昇華) 현상'을 이용해 액정내부의 나노구조를 그려낼 수 있는 방법을 개발했다.

이 같은 승화현상을 이용하면 간단한 온도조절로 정교한 3차원 나노패터닝(반도체공정에서 원하는 구조를 나노미터크기로 만드는 기술)이 가능해 차세대 소자개발에 기여할 것으로 보인다.

한국연구재단은 KAIST 윤동기 교수(나노과학기술대학원) 주도하에 정희태(KAIST 생명화학공학과)교수와 콜로라도주립대학 노엘 클락(Noel Clark) 교수가 참여해 개발한 이 기술은 미국립과학원회보(PNAS) 지난 11일 온라인판에 게재됐다고 21일 밝혔다.

연구진에 따르면 나노물질의 내부를 보기 위해서는 물질을 얼려 깨뜨리는 방법이 많이 이용되는데, 고분자나 액정, 바이오물질 같이 말랑한 연성물질은 이조차도 쉽지 않았다.

이에 연구팀은 연성물질의 내부를 보기 위해, 액정이 고체 결정만큼은 아니어도 준결정 구조로 분자와 결합하는 성질이 강하다는 점에 착안했다.

연구팀은 기체로 승화돼 날아가던 액정분자 일부가 되돌아와 원래 있던 준결정상태의 액정분자들과 재결합하면서 만드는 돔 모양의 3차원 나노구조체를 나노미터(10-9m) 수준에서 현미경을 통해 직접 밝혀냈다.

특히 재결합을 이용해 3차원 나노패터닝도 가능할 것으로 주목되는데, 실제로 연구팀은 온도 등을 조절해 액정의 판상구조를 정교하게 한 겹씩 벗겨내는 데 성공했다.

향후, 디스플레이, 광학스위치, 약물전달체 등에 널리 쓰이는 액정이나 바이오 물질과 같은 연성물질의 구조를 해석하고 응용하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 차세대 트랜지스터로 꼽히는 수직 트랜지스터 제작 등을 위해 기존 2차원 식각공정 대신 3차원 나노패터닝을 이용할 경우 공정 단계와 시간을 단축시킬 수 있다고 밝혔다.

윤동기 교수는 “전자기장에 민감하게 반응하는 액정의 고유성질과 이번 재결합 현상을 잘 융합하면 고효율의 광전자 소자 개발에 도움이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다

 액정의 승화-재조합으로 형성된 3차원 나노구조체의 전자현미경 사진 = (위)(왼쪽) 승화와 재조합을 거쳐 형성된 액정이 원래 갖고 있던 마이크론 크기의 보조개 모양이 돔 모양으로 변형되면서 동시에 나노크기의 링구조가 형성됨을 볼 수 있다. (오른쪽) 확대된 사진에서 마이크로 크기의 돔 구조위에 기둥 모양의 나노구조체가 지름이 200nm 크기로 나타남 (아래)(왼쪽) 승화와 재조합 과정 전에 액정의 하나의 결함구조로 보조개 모양의 마이크로 패턴이 형성된다. (오른쪽) 확대된 사진에서 단순하게 패인 모양만 관찰할 수 있다.

승화-재조합에 따라 3차원 나노구조체의 조감도 및 확대한 단면도= (왼쪽) 승화-재조합이 진행될수록 보조개 모양의 마이크로 패턴이 돔+나노링의 형태로 변이해 간다. (오른쪽) 이 과정에서 액정의 판상구조(layer: 노랑 및 초록: 승화돼 쉽게 날아가는 부분)안에서 분자(빨간색 점)들이 어떻게 배열돼 있는지 알 수 있다

출처는 http://news1.kr/articles/1415907입니다.

나노화학공학과에 들어온지 2년정도밖에 안되서 그런지 여기서 배우는 화학공학은 어떤건지 어느정도 감이 잡히는데 나노에 대한건 어떤건지 모르겠습니다. 그림을 보고 어떤 방식으로 나노구조를 관찰할 수 있는 건지는 알겠는데 이렇게 승화현상을 이용해 액정 내부의 나노구조를 관찰, 해석할 수 있게되면 어느부분에 어떤식으로 활용할수 있는것 일까요?

[08 이기영]

일리가 있는것같습니다. 나노화학공학과이지만 나노라는 단어가 참으로 어색하게만 느껴집니다. 배우고있는 전공에 나노공학은 거의 포함되어 있지않아서 인것 같습니다.