<화공생물공학과 김기섭 교수>

- 빛을 이용한 반도체 나노리본 세계 첫 합성 -

충주대학교(총장 장병집)는 화공생물공학과 김기섭 교수(만 33세)팀이 국내 연구진이 포함된 국제공동연구팀과 반도체 나노입자가 빛에 반응하여 나노리본으로 자기조립하는 현상을 규명하였다고 밝혔다.

김 교수 팀은 부산대 나노메디컬공학과 이재범 교수팀, 미시건대학 화학공학과 코토브 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 가시광선대의 빛을 조사할 경우 개별 나노입자들이 나노리본 형태로 자기조립(Self-Assembly)하는 과정을 규명한 것으로 세계적인 과학전문지 사이언스 2월호 (2월 11일자)에 게재되었다.

이번 연구는 김 교수가 2006년 빛이 반도체 나노입자(CdTe)의 자기조립에 영향을 끼친다는 현상을 처음 발견한 후, 4년간의 공동연구를 통해 밝혀낸 값진 결과로써 빛으로 나노구조를 합성하고 제어하는 첫 사례이며, 만들어진 나노리본은 독특한 광학현상을 나타낸다는 점에서 학문적 중요성을 내포하고 있다.

특히, 연구 결과를 살펴보면 나노 사이즈의 구형 입자는 불안정한 표면을 안정화 시켜주기 위해 고분자 혹은 유기물 등의 안정제로 보호해 주어야만 하는데 이때, 역발상으로 형성된 안정제층을 부분적으로 제거한 후 빛을 차단시킨 상태에서 보관하면 개별 나노입자들이 자기조립현상을 통해 단결정의 나노선을 형성하는 반면 빛의 간섭하에 두면 다결정의 나노리본형태로 자기조립하게 된다.(그림1) 여기서 주목할 점은 빛의 양을 조절함은 물론이고 안정제의 농도 등 용액내의 환경 역시 최종 형성되는 나노 구조에 영향을 끼친다는 것이다.

김 교수는 “반도체 나노입자는 마치 춤을 추듯 빛에 굉장히 민감하게 반응하고, 빛을 조절함에 따라 만들 수 있는 나노구조의 형태는 무궁무진할 것”이라며, “빛의 강도와 조사량을 조절할 경우 비단 나노리본 뿐 아니라 경사진 나노선, 나노 종이 등의 다양한 구조체를 제조할 수 있고 심지어 자기조립의 속도까지도 조절 할 수 있을 것”이라고 설명했다.

또한, “현재 이번 결과보다 발전된 연구가 진행 중이며 아직 발표하지 않은 상당한 수준의 결과들을 보유하고 있어 향후 후속 결과물에 대해서도 더 큰 기대를 가지고 있다”고 말했다.

나노 크기의 세계에서는 같은 물질이라 하더라도 크기와 모양에 따라 전혀 새로운 물성을 기대할 수 있기 때문에 지금까지 여러 연구자에 의해 다양한 합성방법이 제시되어 왔으나, 빛을 이용해 나노 구조를 합성하거나 제어하는 기술은 기존의 합성법과는 상이한 새로운 방법으로 지속적인 투자와 연구가 진행되어야 하는 분야이다.

국제공동연구팀은 “빛을 이용하여 원하는 나노구조체를 정밀하게 제조하기 위해서는 무엇보다도 빛과 나노재료 사이의 상호작용에 관련된 보다 심도있는 연구가 선행되어야 하며, 이번에 개발한 기술은 연구의 구심점 역할을 해 줄 것”이라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구 결과는 지방 산업대에서의 최초 사이언스 논문 게제라는 점에서 그 의의가 크다고 할 수 있다.

[ 그림 1 ]

[그림 1]을 보면 구형입자의 표면에 형성된 안정제를 인위적으로 제거한 후 (가) 빛을 차단한 상태에서 보관하면 각 나노입자가 1차원으로 정렬한 후 최종적으로 나노선이 되는 반면, (나) 빛에 노출시켜 보관할 경우 각 입자는 나노리본 형태로 자기조립하게 된다.