3D프린터로 나노섬유 100층 쌓는다…IBS, 3차원 적층 기술 개발

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나노섬유를 3D 구조물로 적층할 수 있는 3D프린팅 기술이 개발됐다. 나노섬유를 활용해 바이오장치를 비롯해 복잡한 3D 구조물을 인쇄할 수 있게 됐다.

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 조윤경 첨단연성물질 연구단 그룹리더(UNIST 생명과학부 교수) 연구팀이 고분자 용액에 염화나트륨(소금)을 더하는 방법으로 나노섬유를 3차원 적층하는데 성공했다고 19일 밝혔다.

IBS가 개발한 나노 규모 3D 프린팅 기술 개요
<IBS가 개발한 나노 규모 3D 프린팅 기술 개요>

연구팀은 그동안 쓰던 '근거리 전기 방사 기법'에 새로운 요소를 더해 기술을 완성했다. 기존 근거리 전기방사는 고분자 용액을 근거리에서 쏴 섬유를 쌓는 기법이다. 고분자에 양전하나 음전하를 부여, 반대 전하를 띤 기판에 붙인다. 여러 장점이 있지만 섬유를 높게 적층해 3차원화 하는 것은 어려웠다. 이미 쌓인 섬유와 새로 방사하는 고분자 용액 전하가 같아 서로 밀어내기 때문이다.

연구팀은 이들 사이 정전기력을 변화시키는 방법으로 문제를 해결했다. 소금을 고분자 용액에 추가하면 섬유와 고분자 용액 간 서로 끌어당기는 인력이 작용하는 것을 발견·활용했다.

소금이 섞인 고분자 용액은 전기전도도가 높아진다. 기판 위에 나노 섬유로 쌓일 때 전하가 높은 전기전도도 탓에 기판으로 이동하고, 섬유가 띤 전하는 반대로 바뀌는 원리다. 이후 새롭게 방사하는 고분자 용액을 끌어당기게 된다.

연구팀은 이 방법으로 나노섬유를 100개 층으로 쌓아 약 7마이크로미터(㎛) 높이 구조체를 만들어냈다.

새로운 기술을 적용해 제작한 3차원 투명 전극
<새로운 기술을 적용해 제작한 3차원 투명 전극>

실제 나노 구조체를 만드는 것도 성공했다. 고현협 UNIST 교수팀과 함께 전도성이 높고, 빛 투과율은 그대로인 3차원 투명 전극을 구현했다. 나노 구조체를 구현하고, 은을 코팅하는 등 복잡한 구조를 만들 수 있음을 입증했다.

조윤경 리더는 “이번 연구로 3차원 배열·적층한 나노섬유를 제작할 수 있게 됐다”며 “나노전자공학, 스마트재료, 바이오메디컬 장치 분야에 잠재력이 크다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com