국내 연구진이 나노튜브의 직경과 벽의 수를 동시에 제어할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하는 쾌거를 이룩했다고 교육과학기술부는 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부가 지원하는 21세기 프론티어 수소제조/저장/이용기술개발사업, 국가지정연구실사업(NRL)의 지원을 받아 한국과학기술원 신소재공학과 강정구(姜正九, 40세) 교수팀의 연구 성과로서 연구 결과는 세계적 저널인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie) 인터넷판에 10월 Early View로 게재되었으며, 12월 인쇄판 표지논문으로 게재될 예정이다.

현재까지 나노튜브의 직경을 제어하여 수소저장, 리튬이온, CO2 저장 등에 상당히 효율적으로 이용할 수 있는 기술을 개발해 왔으나 나노튜브의 벽의 수를 동시에 제어할 수 있는 기술이 개발되지 못하여 고용량의 에너지 저장체로 활용되는데 한계가 있었다.

또한, 나노튜브가 성장하는데 있어서 구형 형태의 단일성분 또는 이종성분으로 구성된 촉매의 개발을 통해서 단일벽, 이중벽 나노튜브의 구조를 제어할 수 있는 기술을 이용하고 있으나 직경이 아주 작은 촉매를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.

나노 튜브는 판형태의 기판에 활성 금속 촉매를 일정하게 배열한 다음 플라즈마를 이용하여 생성된 탄소가 금속 촉매를 따라 흡착하는 현상을 이용하여 만들어진다.

연구팀은 나노튜브가 활성 금속 촉매에서만 성장한다는 사실에 착안하여 활성인 금속 '쉘'에 비활성인 비금속 코어인 '드러난 코어'를 주입해 나노튜브가 '쉘'부분을 따라서만 성장하도록 제어했다.

이를 통해 '쉘'의 크기를 조절하여 나노튜브 직경을 제어할 수 있으며 '드러난 코어'의 크기에 의해서 나노튜브의 벽의 수를 조절할 수 있다.

동 연구 성과가 갖는 의미는 질소 플라스마를 이용해서 비활성인 비금속 코어와 활성을 가진 금속 쉘을 가진 '드러난 코어/쉘' 합성 기술을 세계 최초로 개발하여 이를 통해 나노튜브의 직경과 벽의 수를 동시에 제어하는데 활용될 수 있다는 것을 밝혔다는 점이다.

향후 이러한 코어/쉘 촉매를 활용해서 고용량의 수소저장, 이차전지, CO2 저장, 바이오센서 등으로 활용을 위한 다양한 기능성 나노튜브를 제조하는데 이용될 수 있을 것으로 전망된다.