▲ 물 표면을 이용한 나노박막의 기계적 물성 평가 과정.

국내 연구진이 수 nm의 박막의 기계적 특성을 정확히 측정할 수 있는 새로운 측정방법을 개발했다.

KAIST(총장 강성모)는 기계공학과 김택수 교수와 한국기계연구원(원장 최태인) 나노역학연구실 현승민 박사 공동연구팀은 물 표면의 특성을 이용해 나노박막의 기계적 물성을 평가하는 새로운 방법을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구결과는 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 3일자 온라인판에 게재됐다.

이번에 개발된 기술을 활용하면 직접 측정하기 어려운 나노박막의 강도, 탄성 등 기계적 물성을 직접 측정해 정확한 결과 값을 얻을 수 있다. 또 측정방법이 간단해 나노박막의 기계적 물성 평가의 새로운 패러다임을 제시한 것으로 학계와 산업계는 평가하고 있다.

나노박막의 기계적 물성 평가는 반도체, 디스플레이 등의 신뢰성을 예측하는데 중요한 것은 물론이고 나노 세계의 새로운 현상을 발견하는데도 필요하다. 그러나 기계적 강도는 구조물이 바닥으로부터 떨어져 측정을 하는데 나노박막의 경우 쉽게 부서지는 문제점이 있어 시험이 어려웠다.

연구팀은 이러한 난제 해결을 위한 아이디어를 소금쟁이와 같은 곤충이 물의 표면 위를 자유로이 떠다니는 것에서 얻었다.

연구팀은 표면 장력이 크고 낮은 점성을 갖는 물의 특성을 이용해 물 표면에 약 55nm 금나노박막을 띄워 놓고 손상 없이 기계적 물성을 정확하게 측정하는데 성공했다.

이 기술을 이용하면 다양한 종류의 나노박막 뿐만 아니라 두께가 수 나노미터에 이르는 박막의 기계적 물성까지도 측정할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

김택수 교수는 이번 연구에 대해 “물의 특성을 이용한 새로운 강도 시험 방법의 개발을 통해 기존에 접근하기 어려웠던 나노박막의 기계적 물성 평가를 효과적으로 수행할 수 있게 됐다”고 의의를 밝혔다.

또 “향후 기존의 강도 시험법으로는 측정이 불가능했던 그래핀과 같은 2차원 나노박막의 기계적 물성을 밝혀나갈 계획”이라고 밝혔다.

KAIST 기계공학전공 김재한 박사과정(제1저자) 학생이 KASIT 김택수 교수, 한국기계연구원 현승민 박사의 지도를 받아 수행한 이번 연구는 한국연구재단 신진연구지원사업, 한국기계연구원 주요연구 사업과 21세기 프론티어 사업의 지원으로 수행됐다.

▲ (左부터)한국기계연구원 현승민 박사, 김재한 박사과정생, 카이스트 김택수 교수.