이창영 교수팀, 탄소나노튜브 관찰 성공…광학 신호 증폭도 확인
'나노 레터스' 표지논문 게재…"나노 재료·현상 연구에 널리 응용"
울산과기원, '소금 이용해 나노 재료 분석' 기술 개발

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 소금을 이용해 나노 재료를 분석하는 기술을 개발했다.

이창영 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 확인한 것이다.

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.

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.

울산과기원, '소금 이용해 나노 재료 분석' 기술 개발

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.

/연합뉴스

ⓒ 한경닷컴, 무단전재 및 재배포 금지