스스로 조립되는 볼록렌즈 입자 개발됐다

국내 연구팀 "3차원 마이크로입자 가능하다"

▲ 금 나노입자를 이용한 3차원 블록공중합체 입자 제작 모식도.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]금 나노입자를 이용해 스스로 조립되는 볼록렌즈 형태의 비구형 입자가 개발됐다. 국내 연구팀이 금 나노입자를 이용해 볼록렌즈 형태의 비구형 입자를 간단한 자기조립 방식으로 만들었다.

독특한 구조 때문에 디스플레이용 광결정물질이나 광화학 센서, 코팅필름 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 그동안 복잡한 공정 등으로 비구형 입자를 제작하는 것은 매우 어려웠다.

비구형 입자는 지름이 일정한 구 모양이 아닌 형태의 입자를 일컫는 말로 예를 들면 바둑알, 럭비공, 아령, 도넛 형태 등이 있다. 광결정 물질은 특정 색이 물질 내부에 존재하지 못하고 밖으로 반사되는 소재를 말한다. 이를 반도체 발광소자(LED) 등에 사용하면 훨씬 밝은 빛을 낼 수 있다.

나노입자는 물과 기름처럼 성질이 다른 물질의 경계면에서 융화를 돕는 계면활성제로 작용할 수 있다. 나노입자를 이용해 3차원 입자의 계면 특성을 선택적으로 조절하는 것이 쉽지 않아 실제 마이크로 입자를 제작하기 위해 사용하는 데에는 한계가 있었다.

연구팀은 블록공중합체가 포함된 기름 방울 표면에 크기가 조절된 금 나노입자의 나노배열을 선택적으로 위치시키는 방식으로 구가 아닌 독특한 구조의 볼록렌즈 형태로 만드는 자기조립 방법을 개발했다.

보통 물 속에 기름을 떨어뜨리면 기름은 가장 안정된 형태인 구형을 띤다. 이 때문에 상대적으로 불안정한 비구형으로 만들려면 원하는 모양으로 깎아 내거나 압력을 가하는 등의 다소 복잡한 공정이 필요했다.

연구팀이 개발한 방법은 간단히 스스로 조립되는 과정으로 계면의 성질을 제어하는 것이 가능하기 때문에 볼록렌즈 이외에도 럭비공, 아령 모양 등 다양한 모양과 구조의 3차원 입자를 제작하는데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 KAIST 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 개발했다. 공동 연구자로는 구강희 박사과정 연구원(제1저자), 장세규 박사(KEPRI, 공동교신저자), 이기라 교수(성균관대), 서민교 교수(KAIST) 등이다. 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(전략)과 글로벌프론티어사업(멀티스케일에너지시스템연구단)의 지원으로 이뤄졌다. 연구결과는 화학분야 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS) 최신호(7월3일자, 논문명:Size-controlled Nanoparticle-Guided Assembly of Block Copolymers for Convex Lens-Shaped Particles)에 실렸다.

김 교수는 "이번 연구에서 개발된 나노입자 플랫폼을 이용해 새로운 전기적, 광학적 기능성과 구조를 지니는 3차원 형태의 마이크로 입자의 개발이 가능할 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr