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세계적으로 3D 프린팅 기술은 산업에 획기적 변화를 가져오고 있다. 현재는 마이크로 크기의 3D 프린팅 기술이 널리 활용되고 있다. 그러나 해상도 면에서 한계가 있다. 이러한 3D 프린팅을 ‘나노크기’로 할 수 있다면 어떨까? 현재 해상도 한계를 획기적으로 극복할 수 있을 것이다.
3D 프린팅을 나노크기로 할 수 있는 ‘나노스케일 양자점 3D 프린팅 제조 기술’을 전북대 안상민·이홍석 교수팀(자연대 물리학과)이 선보여 관련 분야와 학계에 비상한 관심을 받고 있다.
전북대 연구진은 반도체 특성을 지니면서 발광 효율이 매우 높고, 고품질인 양자점 용액을 나노크기의 구멍을 지닌 나노노즐에 주입 후 3D 프린팅할 수 있는 새로운 3D 프린팅 제조 기술을 확보, 나노 분야 세계적 저널인 『Nanoscale Advances (IF=5.598)』 최신호에 논문을 게재했고, “표지 논문(Cover Paper)”으로 선정되었다고 밝혔다. 전북대 노희석 교수, 포항공대 박경덕 교수가 공동 연구를 수행했다.
3D 프린팅 기술에 있어 ‘노즐의 크기’를 매우 작게 하면 노즐 끝의 내벽에서 작용하는 액체의 표면 장력이 매우 높아져서 높은 압력이나 전기적인 힘을 가해야만 안쪽에 있는 잉크가 밖으로 배출될 수 있다.
그러나 그 크기를 매우 작은 ‘나노스케일’로 줄게 되면 엄청난 압력과 전압을 가해도 분출되지 않는다. 이번 연구는 이러한 한계 극복을 위해 노즐 끝을 표면으로부터 수 나노미터(nm)까지 접촉 이전까지 다가갈 수 있도록 ‘원자힘 현미경’이라는 기술을 접목시킨 것이다.
원자힘 현미경이란 광학 현미경으로 볼 수 없는 더 작은 물체를 볼 수 있게 고안된 장치로 뾰족한 탐침을 표면에 수 nm로 접근시켜도 부서지지 않도록 해준다. 결국 표면으로 안전하게 노즐을 접근시켜 효과적으로 표면장력을 낮춰 액체를 분출시킬 수 있게 되는 것이다. 즉, 원자힘 현미경을 기존의 3D 프린팅 기술과 접목시키는 창의성이 이번 결과를 얻도록 해준 것이다.
안상민·이홍석 교수는 “품질 높은 양자점을 나노스케일 3D 프린팅 기술을 이용하여 다양한 종류의 양자점을 적층하거나 교차하는 형태로 제조할 수 있다면 앞으로 과학적 연구뿐만 아니라 디스플레이 및 배터리 산업에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것”이라고 이번 연구 의미를 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단의 기초연구실사업 등으로 수행됐다.
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