한양대ㆍKIST 연구팀… 나노선 기계적 특성 정확히 측정기술 개발
모든 물질은 나노크기로 작아지면 물리적ㆍ화학적 성질이 변하면서, 강도ㆍ탄성 등 기계적 특성도 완전히 달라진다. 신뢰성 있는 나노소자를 설계ㆍ생산ㆍ구동하려면 나노소자의 기계적 물성을 정확히 분석하는 기술이 필수적인 가운데, 국내 연구진이 기술 개발에 성공해 주목된다.
한양대 신소재공학부 장재일 교수와 박원일 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 최인석 박사는 공동연구를 통해 원자힘현미경(AFM)과 다이아몬드 침을 이용, 지금까지 보고된 연구 중 가장 다양한 크기 범위의 나노선에 대한 실험을 수행해 나노선의 기계적 물성을 가장 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
지금까지 세계 연구자들은 양자점, 나노선, 그래핀 등 나노구조체의 기계적 특성을 평가하는 방법을 찾기 위해 다각도로 연구해 왔지만 물성 값 도출에 큰 오차를 보였고 결과 해석에서도 이견을 보여왔다.
연구팀은 나노역학 시험법으로 주목받고 있는 원자힘현미경 굽힘 시험과 나노압입(Nanoindentation) 시험을 동시에 실시해 실리콘 나노선의 기계적 물성을 평가했다. 다양한 시험조건과 분석 방법을 통해 얻은 결과를 바탕으로 나노선의 기계적 물성을 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제시했다.
원자힘현미경은 미세한 탐침을 소재에 근접시켜 소재와 탐침 끝 사이의 상호작용을 이용해 표면형상 등 다양한 특성을 알아내는 장치다. 연구팀은 탐침을 나노선 옆에 갖다댄 후 옆으로 당기는 실험을 통해 탄성과 강도를 정확히 알아낼 수 있는 시험조건과 방법을 도출해냈다. 또 다이아몬드로 만들어진 침을 이용해 수 나노미터 깊이로 찔러 나노선의 탄성과 강도를 측정할 수 있는 방법도 도출했다.
특히 지금까지 수행된 연구 중 가장 다양한 크기 범위의 나노선을 대상으로 실험을 해, 최근 논란이 커지고 있는 기계적 물성에 미치는 나노선의 크기 효과를 체계적으로 정립했다.
장재일 교수는 "결론적으로 가장 정확한 분석방법은 원자힘현미경 굽힘 시험을 이용하는 것으로, 분석에 필요한 속도, 하중의 크기 등 시험조건과 분석방법 등을 정립함으로써 보다 얇고 작으면서도 질적으로 우수한 나노소자를 개발할 수 있는 기반기술을 확보했다는 데 의미가 있다"고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 재료공학분야 학술지인 `어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 21일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
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한양대 신소재공학부 장재일 교수와 박원일 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 최인석 박사는 공동연구를 통해 원자힘현미경(AFM)과 다이아몬드 침을 이용, 지금까지 보고된 연구 중 가장 다양한 크기 범위의 나노선에 대한 실험을 수행해 나노선의 기계적 물성을 가장 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
지금까지 세계 연구자들은 양자점, 나노선, 그래핀 등 나노구조체의 기계적 특성을 평가하는 방법을 찾기 위해 다각도로 연구해 왔지만 물성 값 도출에 큰 오차를 보였고 결과 해석에서도 이견을 보여왔다.
연구팀은 나노역학 시험법으로 주목받고 있는 원자힘현미경 굽힘 시험과 나노압입(Nanoindentation) 시험을 동시에 실시해 실리콘 나노선의 기계적 물성을 평가했다. 다양한 시험조건과 분석 방법을 통해 얻은 결과를 바탕으로 나노선의 기계적 물성을 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제시했다.
원자힘현미경은 미세한 탐침을 소재에 근접시켜 소재와 탐침 끝 사이의 상호작용을 이용해 표면형상 등 다양한 특성을 알아내는 장치다. 연구팀은 탐침을 나노선 옆에 갖다댄 후 옆으로 당기는 실험을 통해 탄성과 강도를 정확히 알아낼 수 있는 시험조건과 방법을 도출해냈다. 또 다이아몬드로 만들어진 침을 이용해 수 나노미터 깊이로 찔러 나노선의 탄성과 강도를 측정할 수 있는 방법도 도출했다.
특히 지금까지 수행된 연구 중 가장 다양한 크기 범위의 나노선을 대상으로 실험을 해, 최근 논란이 커지고 있는 기계적 물성에 미치는 나노선의 크기 효과를 체계적으로 정립했다.
장재일 교수는 "결론적으로 가장 정확한 분석방법은 원자힘현미경 굽힘 시험을 이용하는 것으로, 분석에 필요한 속도, 하중의 크기 등 시험조건과 분석방법 등을 정립함으로써 보다 얇고 작으면서도 질적으로 우수한 나노소자를 개발할 수 있는 기반기술을 확보했다는 데 의미가 있다"고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 재료공학분야 학술지인 `어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 21일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
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