서울대학교 공과대학 김소연 교수 연구팀은 DGIST, 성균관대학교 연구진과 공동으로 블록공중합체 박막과 금속 전구체를 활용해 나노패턴 배열의 무질서도를 정밀하게 설계·제어하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

왼쪽부터 태성관 서울대 화학생물공학부 석박통합과정 연구원(공동 1저자), 가브리엘라 파샤 이리안티(Gabriella Pasya Irianti) DGIST 에너지공학과 박사과정 연구원(공동 1저자), 김예찬 서울대 화학생물공학부 박사(공동 1저자), 권석준 성균관대 화학공학부 교수(공동 교신저자), 허수미 DGIST 에너지공학과 교수(공동 교신저자), 김소연 서울대 화학생물공학부 교수(공동 교신저자)

서울대학교 공과대학은 화학생물공학부 김소연 교수 연구팀이 DGIST 허수미 교수팀, 성균관대 권석준 교수팀과 공동으로 나노 스케일 무질서 구조를 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 블록공중합체(BCP) 박막과 금속 전구체 침투 공정을 결합해 기존에 구현이 어려웠던 무질서 나노패턴 구조를 안정적으로 제작하고, 그 무질서 정도를 정량적으로 제어할 수 있는 방법론을 제시한 것이 핵심이다.

연구 성과는 지난 4월 국제학술지 Nature Communications에 게재됐으며, 최근 재료과학·화학 분야 우수 논문을 선정하는 ‘Editors’ Highlights - Materials science and chemistry’에도 포함됐다.

연구진에 따르면 기존 블록공중합체 연구는 규칙적으로 정렬된 나노패턴 구현에 집중돼 있었고, 무질서 구조를 의도적으로 설계·재현하는 기술은 한계가 있었다. 특히 나노 스케일에서 무질서 구조를 안정적으로 제작하고 이를 정량적으로 분석하는 것이 어려워 산업 적용에도 제약이 있었다.

공동 연구팀은 먼저 블록공중합체 박막을 이용해 센티미터 규모의 균일한 나노 구조를 형성한 뒤 금(Au) 전구체를 도입하고 열처리 조건을 조절해 구조가 점차 무질서 상태로 전이되는 과정을 구현했다.

이어 액체질소 급냉 기술을 활용해 각 단계의 구조를 그대로 고정해 관찰했으며, 입자의 위치·배향 변화 등을 종합 분석해 무질서도를 정량화하는 분석 프레임워크도 구축했다.

또 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 금속과 고분자 간 상호작용이 분자의 움직임을 제한해 형성된 무질서 구조를 안정적으로 유지하는 핵심 원리라는 점도 규명했다.

연구진은 금(Au)과 백금(Pt) 침투 비율을 조절하면 결정 구조부터 액체와 유사한 무질서 구조까지 폭넓게 구현할 수 있으며, 무질서 형태에 따라 열과 진동 에너지 전달 방식도 달라진다는 사실을 확인했다고 설명했다.

이번 기술은 향후 정밀 광센서와 초박형 광학소자, 열 관리 기능성 나노구조, 광학 보안 기술 등 다양한 산업 분야에 활용될 가능성이 제시된다. 특히 빛과 열의 전파 특성을 정밀하게 조절할 수 있어 차세대 디스플레이와 통신 부품 기술로의 확장 가능성도 기대된다.

김소연 교수는 “이번 연구는 무질서를 결함이 아닌 설계 요소로 활용한 역발상 연구”라며 “블록공중합체 자기조립과 금속 침투 공정을 결합해 재현 가능한 무질서 나노구조 제작에 성공했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.

이어 “향후 다양한 금속·고분자 시스템으로 연구를 확장해 기능성 무질서 나노 소재 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 삼성리서치펀딩과 삼성전자의 삼성미래기술육성사업 지원을 받아 수행됐다.