카이스트 양승만 교수팀 '안게반테 케미' 4월호 표지논문 게재

 “자기조립 공정 경제적”.. 네이처 등 주목할 연구’로 소개

» 물 위에 뜬 물방울. 연꽃잎 나노구조를 가진 미세입자를 물 표면에 뿌려 막을 형성하고 그 위에 물을 뿌리면 물방울이 맺혀 물 위에 떠 있다. <네이처 나노테크놀로지>에 실린 그림.

국내 연구팀이 물방울이 맺히지 않는 연꽃잎을 모방한 나노구조 입자를 제조하는 데 성공해, 세차가 필요없는 자동차, 김이 서리지 않는 유리, 비에 젖지 않는 섬유 등 실생활에 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.

양승만 한국과학기술원(카이스트) 생명화학공학과 교수 연구팀은 24일 연꽃잎 표면의 나노구조를 비슷하게 흉내낸 균질한 미세입자를 값싸게 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀의 성과는 독일에서 발간되는 화학 학술지 <안게반테 케미> 4월호 표지논문(오른쪽 사진)으로 실리며 ‘브이아이피(VIP) 논문’으로 선정됐다. 또 영국 과학저널 <네이처>는 연구팀의 논문을 25일치(현지시각) ‘뉴스와 논평’ 난에 ‘표면과학: 물방울로 만든 구슬’이라는 제목으로 소개했으며, <네이처 나노테크놀로지> 4월호는 ‘주목할 연구’로 해설과 함께 실었다. 국제적으로 권위 있는 학술지에 동시에 '주목받는 연구'로 소개되는 매우 드문 일이다.

연꽃잎은 맨눈으로는 매끈한 것처럼 보이지만 전자현미경으로 보면 마이크로미터(100만분의 1m) 크기의 돌기가 산봉우리처럼 돋아 있고, 그 봉우리에는 나노미터(10억분의 1m) 규모의 돌기가 오돌토돌하게 배열돼 있다. 이런 구조로 연꽃잎은 물을 거부하는 ‘초소수성’을 지녀, 물방울을 그대로 흘려보내며 먼지를 쓸어내는 자기세정 효과를 나타낸다. 흙탕물 속에서도 연꽃잎이 깨끗하고 아름다운 것은 이런 ‘연꽃잎효과’(Lotus Effect) 때문이다.

» 연꽃잎의 나노구조를 생체모방한 미세입자 제조 공정 모식도. 양승만 카이스트 교수 제공

많은 연구자들은 연꽃잎의 나노구조를 응용하기 위한 연구를 해왔지만 연꽃잎효과를 지닌 실용성 있는 제품을 개발하는 데는 성공하지 못했다. 연구팀은 우선 수백 나노미터 크기의 유리구슬들을 빛에 민감한 감광성 액체 속에 넣어 분산시켜 크기가 수십 마이크로미터인 균일한 액체방울을 만들었다. 이 액체방울을 물에 넣어, 물-감광성 액체-유리구슬 사이의 표면화학적 힘의 균형을 유지시키면 유리구슬은 저절로 감광성 액체방울 표면 위에 촘촘하게 육방형 밀집구조로 배열된다. 여기에 자외선을 쬐어 굳히면 수천개의 유리 나노구슬이 박인 입자를 얻는다. 다음 불산(플루오린화 수소산·HF)으로 유리구슬을 녹여내면 골프공처럼 분화구가 촘촘히 파인 미세입자가 생긴다. 여기에 고에너지의 플라스마를 쬐면 분화구가 깊게 깎이면서 연꽃잎 나노구조가 형성된다.

연꽃잎 효과를 나타내는 미세입자는 세차가 필요없는 자동차, 스스로 세정하는 페인트, 비나 눈물에 얼룩이 지지 않는 화장품 등의 개발에 유용하게 쓰일 것으로 전망된다. 또 화학·바이오센서 등의 마이크로 분석소자, 물 위를 걸을 수 있는 마이크로로봇, 엘시디 차세대 대형 디스플레이 코팅 기술로도 사용될 수 있다.

양승만 교수(왼쪽 사진)는 “그동안 나노 식각공정을 사용해 평판 위에 연꽃잎효과를 구현한 연구결과는 보고된 바 있다”며 “그러나 나노구슬이 스스로 구조를 형성하는 자기조립 원리를 이용한 것은 처음인 데다 제조공정이 쉽고 빨라 경제적이라는 점에서 학계의 주목을 받은 것 같다”고 말했다.