국내 대학 연구진이 세계에서 가장 가늘고 긴 탄소나노튜브(CNT)을 개발, 향후 CNT의 물리적 특성분석에 획기적인 진전이 있을 것으로 기대된다.
포스텍(포항공대) 김광수 화학과 교수(55·기능성분자계연구단장)는 미 컬럼비아대 나노센터 김필립 교수와 공동으로 꿈의 신소재인 CNT를 지름 0.4㎚(머리카락 50만 분의 1굵기, 1㎚는 10억분의 1미터)에서 1㎜ 길이로 배열하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.
이번 연구결과는 미국 유명과학저널인 ‘미국과학원회보(PNAS : Proceedings of the National Academy of Sciences)’와 ‘미국화학회지(JACS : Journal of American Chemical Society)’ 인터넷판 4일와 15일자에 각각 소개됐다. 또 네이처지도 13일자 웹사이트를 통해 탄소나노튜브의 물리학적 특성을 규명하는데 결정적인 전기를 마련한 것으로 평가하면서 나노 관련 주요 뉴스로 비중 있게 다뤘다.
그동안 학계에서는 극미세 CNT가 저온에서 초전도 현상이나 금속-절연체 전이 등 매우 흥미로운 물리현상을 갖고 있는 것으로 추정했다. 특히 CNT의 합성 연구와 관련 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled CNT) 내부나 다공성 물질 안에서만 합성이 가능한 것으로 알려져 CNT의 물성측정이나 소자화에 어려움이 있었다.
따라서 지금까지 개발된 CNT는 지름이 1㎚ 정도이며, 다중벽 탄소나노튜브에서는 0.4㎚ 정도까지 존재하는 것으로 알려져 왔다.
김 교수의 연구는 다중벽 CNT를 수직으로 꺽어당기면, 고무줄처럼 늘어나면서 양파껍질을 벗기듯 바깥 껍질을 하나씩 벗길 수 있게 만들수 있는 게 연구의 핵심으로, 이를 통해 이론상으로 가능했던 지름 0.4㎚의 가장 가는 CNT를 만드는데 성공한 것은 물론, 금 전극에 붙여서 전기적 특성을 측정하는데도 성공했다.
특히 연구팀은 이 과정에서 다중적 CNT를 한 겹씩 밖으로 표출해 세계에서 가장 긴 1㎜의 길이로 배열하는데 성공했다. 이는 현재까지 개발에 성공한 길이 1㎛와 비교해 1000배나 늘이는데 성공한 것이다.
또 지름 1㎚ 이하의 CNT는 반도체적 성질보다는 주로 금속성을 가져 도체성이 강할 것이라는 관련 학계의 가설을 증명했다. 이와 함께 짧은 CNT와 달리 긴 CNT로 만든 소자는 반도체성(비선형)전압-전류 특성을 보이는 것을 규명하는 등 물리적 특성규명에 커다란 진전을 가져왔다.
김광수 교수는 “CNT의 물리적 특성을 규명함으로써 CNT를 이용한 나노소자 개발에 적지않은 도움을 줄 것으로 기대한다”며 “앞으로 CNT관련 원천기술개발에도 박차를 가하겠다”고 말했다.
한편, 김 교수는 지난 2001년 세계 최초로 지름 0.4㎚의 초고집적 은 나노선 배열을 합성하는데 성공, 순수 국내 연구로서는 최초로 사이언스 표지논문으로 소개돼 주목을 받기도 했다.
포항=정재훈기자@전자신문, jhoon@