울산과학기술원(UNIST) 연구진이 소금을 이용해 나노 재료를 분석하는 신기술을 개발했다.
이 대학 이창영(사진) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 소금 결정을 이용해 탄소나노튜브를 상온·상압에서 손쉽게 관찰하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 표면에 소금 결정 옷을 입혀 탄소나노튜브 위치와 모양을 관찰할 수 있으며, 이 소금 결정들이 나노물질을 관찰하는 렌즈 역할을 한다는 사실도 새롭게 확인했다.
탄소 원자가 육각형으로 결합해 원통 모양으로 연결된 탄소나노튜브는 특이한 기계·전기적 성질로 주목받는 소재다.
그러나 그 크기가 너무 작아서 일반적인 광학현미경으로 관찰하기 어렵다. 전자빔을 이용한 전자현미경이나 원자 사이 힘을 이용한 원자힘 현미경 등으로 관찰할 수 있지만, 사용 방법이 까다롭거나 관찰할 수 있는 면적에 제한이 있었다.
이에 연구진은 쉽게 구할 수 있는 소금을 이용해 이런 한계들을 극복했다. 1차원으로 정렬된 탄소나노튜브에 소금물을 떨어뜨린 후 전기장을 가하면, 소금 이온이 탄소나노튜브 외부 표면을 따라 이동하면서 소금 결정을 형성하게 된다. 이 소금 결정 옷은 일반적인 광학현미경만으로 넓은 면적에 분포한 탄소나노튜브를 관찰할 수 있도록 해준다. 소금 결정은 물에 잘 녹아 탄소나노튜브를 손상하지 않는 데다, 씻어내기 전에는 안정적이어서 반영구적으로 탄소나노튜브를 시각화할 수 있다는 장점이 있다.
연구진은 소금 결정이 탄소나노튜브 광학 신호를 수백 배까지 증폭시킨다는 사실도 밝혔다. 보통 물질은 빛을 받으면 내부 분자가 빛 에너지와 상호작용해 새로운 신호, 즉 광학 신호를 방출한다. 이 신호를 증폭해 분석하면 물질 특성을 알 수 있는데, 소금 결정이 광학 신호를 증폭시키는 렌즈 역할을 하는 셈이다.
실제로 연구진은 이 ‘소금 렌즈’를 이용해 탄소나노튜브의 전기적 특성이나 지름까지 손쉽게 알아냈다. 광학 신호를 증폭하는 정도는 소금 종류에 따른 굴절률 변화, 소금 결정 모양과 크기 등으로 조절할 수 있었다.
한발 더 나아가 연구진은 소금 렌즈로 극미량의 포도당과 요소 같은 분자를 탄소나노튜브 외부 표면을 통해 이동시킨 뒤 탐지해내는 데도 성공했다. 탄소나노튜브 표면에 형성된 소금 렌즈가 백경 분의 1몰(M)이 포함된 분자도 찾아낼 정도로 광학 신호를 증폭한 것이다.
이 교수는 “일반적인 온도와 압력에서 나노 재료를 손상하지 않으면서 실시간으로 물성을 측정할 수 있다는 것이 이 기술의 핵심”이라면서 “나노 재료와 나노 현상 연구에 널리 응용될 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’(Nano Letters) 12일 자 표지 논문으로 게재됐다.방종근 기자 jgbang@kookje.co.kr
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| 소금을 이용해 나노 재료를 분석하는 신기술을 개발한 UNIST 이창영 에너지 및 화학공학부 교수
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