KAIST 윤준보 교수팀… 투과속도 100배 향상 눈길
혈액, 바닷물, 바이러스 등을 거르는 분리막이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
KAIST 윤준보 교수(전자공학과ㆍ사진)ㆍ최동훈 박사과정생과 한국전자통신연구원(ETRI) 이대식 박사, 아주대 윤현철 교수 연구팀은 10나노미터 이하 구멍이 촘촘히 배열된 분리막을 개발했다고 30일 밝혔다.
분리막은 가정에서 쓰는 `체'처럼 많은 구멍을 이용해 미세한 입자를 선택적으로 거르는 다기능성 소재다. 혈액 속 불순물을 제거하는 인공신장을 만들거나 물과 공기 중의 바이러스를 제거하고, 해수를 담수화하는 등 의료ㆍ환경ㆍ에너지 다방면에 활용될 수 있다.
반도체 트랜지스터는 다양한 기능을 담기 위해 실리콘 위에 박막을 입히는데 미세한 구멍도 없이 완벽하게 입히는 게 중요하다. 연구팀은 발상을 달리 해서 실리콘 위에 물질을 잘 입히면 미세하고 촘촘한 구멍을 만들 수 있다는 판단 하에 실험을 했다.
반도체 산업에서 흔히 쓰이는 금속증착장비 위에 실리콘 기판을 기울여서 놓은 후 기판을 돌리면서 뜨겁게 달궈진 금속원자를 실리콘 위에 입혔다. 실리콘 위로 날아간 원자들은 뭉치면서 기판에서 수직방향으로 지름 20∼50나노미터 정도의 원기둥 모양을 이루며 빽빽이 자랐다. 원기둥 사이에는 물질 종류와 원기둥의 높이에 따라 1∼10나노미터 크기의 미세한 구멍이 생겼다. 그 후 아래에 있는 실리콘의 일부분을 제거해 두께 300나노미터의 분리막을 얻었다.
이 분리막은 대기압의 2배 기압에서도 1시간 이상 기계적 변형 없이 안정적으로 작동하고, 1나노미터와 6나노미터 크기 입자를 완벽히 걸러냈다. 특히 기존 분리막은 대부분 구멍이 구불구불해 입자를 거르는 데 많은 시간이 걸리는 데 비해 수직으로 나 있는 구멍 덕분에 상용 멤브레인보다 투과속도가 100배 이상 빠른 것으로 확인됐다.
윤준보 교수는 "9000억원대로 추정되는 국내 분리막 시장에서 소재는 대부분 수입에 의존하는 게 현실"이라며 "세계적 기업들이 주목하는 분리막 원천 제조기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"라고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 지식경제부의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 재료 분야 권위지인 `어드밴스드 머티리얼스' 22일자 표지논문으로 게재됐다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : 원기둥 모양 구조 사이로 나노미터 크기 입자가 통과하는 모습을 도식화한 그림(왼쪽)과 분리막의 단면을 세로 방향으로 확대한 전자현미경 사진.
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KAIST 윤준보 교수(전자공학과ㆍ사진)ㆍ최동훈 박사과정생과 한국전자통신연구원(ETRI) 이대식 박사, 아주대 윤현철 교수 연구팀은 10나노미터 이하 구멍이 촘촘히 배열된 분리막을 개발했다고 30일 밝혔다.
분리막은 가정에서 쓰는 `체'처럼 많은 구멍을 이용해 미세한 입자를 선택적으로 거르는 다기능성 소재다. 혈액 속 불순물을 제거하는 인공신장을 만들거나 물과 공기 중의 바이러스를 제거하고, 해수를 담수화하는 등 의료ㆍ환경ㆍ에너지 다방면에 활용될 수 있다.
반도체 트랜지스터는 다양한 기능을 담기 위해 실리콘 위에 박막을 입히는데 미세한 구멍도 없이 완벽하게 입히는 게 중요하다. 연구팀은 발상을 달리 해서 실리콘 위에 물질을 잘 입히면 미세하고 촘촘한 구멍을 만들 수 있다는 판단 하에 실험을 했다.
반도체 산업에서 흔히 쓰이는 금속증착장비 위에 실리콘 기판을 기울여서 놓은 후 기판을 돌리면서 뜨겁게 달궈진 금속원자를 실리콘 위에 입혔다. 실리콘 위로 날아간 원자들은 뭉치면서 기판에서 수직방향으로 지름 20∼50나노미터 정도의 원기둥 모양을 이루며 빽빽이 자랐다. 원기둥 사이에는 물질 종류와 원기둥의 높이에 따라 1∼10나노미터 크기의 미세한 구멍이 생겼다. 그 후 아래에 있는 실리콘의 일부분을 제거해 두께 300나노미터의 분리막을 얻었다.
이 분리막은 대기압의 2배 기압에서도 1시간 이상 기계적 변형 없이 안정적으로 작동하고, 1나노미터와 6나노미터 크기 입자를 완벽히 걸러냈다. 특히 기존 분리막은 대부분 구멍이 구불구불해 입자를 거르는 데 많은 시간이 걸리는 데 비해 수직으로 나 있는 구멍 덕분에 상용 멤브레인보다 투과속도가 100배 이상 빠른 것으로 확인됐다.
윤준보 교수는 "9000억원대로 추정되는 국내 분리막 시장에서 소재는 대부분 수입에 의존하는 게 현실"이라며 "세계적 기업들이 주목하는 분리막 원천 제조기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"라고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 지식경제부의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 재료 분야 권위지인 `어드밴스드 머티리얼스' 22일자 표지논문으로 게재됐다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : 원기둥 모양 구조 사이로 나노미터 크기 입자가 통과하는 모습을 도식화한 그림(왼쪽)과 분리막의 단면을 세로 방향으로 확대한 전자현미경 사진.
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