다이아몬드는 알려진 가장 단단한 물질이고, 탄소 나노튜브는 가장 강하다.

미국 아르곤 연구소에서 수잔나 트라소바레스 (Susana Trasobares) 박사는 존 칼

리슬 (John Carlisle) 박사와 함께, 그녀의 연구의 일부로써 합성 나노 구조를 만들

어 두 가지를 결합하려 하였다. 그들은 아주 작은 다이아몬드와 함께 아주 작은 탄

소 튜브를 성장시키기를 원했다.

하지만, 트라소바레스 박사는 기대한 것을 얻을 수 없었다. 대신에 이 실험에서 나

노 튜브의 표면적이 변화하여 날개 같은 확장된 구조가 만들어지게 되었다. 결과는 

원래 실험에서 기대한 바는 아니었지만, 이 변화된 표면은 아마도 나노 튜브를 실용

적인 응용 재료와 시스템의 세계로 재촉할 것으로 보인다. 이것은 또한 “나노탄소”

라 불리는 새롭게 나타나는 물질을 합성하는 방법에 관한 통찰을 제공한다. 나노 크

기에서 결합된 탄소의 다른 동소체 (allotropes: 같은 원소이지만 구조가 다른 것)로 

구성된 “나노탄소”는 독특한 성질을 가진 새로운 재료를 만들 것으로 보인다.

트라소바레스 박사는 “우리는 합성물을 얻으려고 노력을 하는 중이었어요. 하지만 

나노튜브가 변해버렸습니다. 누가 예상할 수 있었겠어요?”라고 하였다.

나노 튜브와 ‘플러린’(60개의 탄소 원자로 이루어진 공 모양의 물질)을 구성하는 탄

소 원자는 얇은 막에서는 흑연처럼 결합이 되어있다. 이 얇은 막을 공처럼 말면 축구

공 모양의 탄소 분자인 플러린이 만들어지는데, 이것은 흑연과도 다르고 다이아몬드

와도 다르다. 이 막을 이음이 없는 원통으로 말면, 탄소 나노튜브가 만들어진다.

강도, 전기적 성질 그리고 전도 용량을 포함한 나노튜브의 독특한 성질은 전기와 기

계에 매우 유용하게 응용이 된다. 또한 크기가 매우 작아 사람 머리카락 너비의 만분

의 일정도 밖에 되지 않는다.

탄소 나노튜브는 구조 강화와 리튬 이온 배터리, 그리고 텔레비전 스크린 디스플레

이에 사용이 되어오고 있다. 하지만 칼리슬 박사는 그러한 것들은 아직 시범적인 단

계라고 하였다.

과학자들은 나노튜브의 성질을 바꾸는 방법을 찾고 있는 중이다. 칼리슬 박사는 다

이아몬드와 나노튜브를 함께 성장시킴으로써, 그와 트라소바레서 박사는 둘을 합친 

것 보다 더 나은 합성 구조를 얻을 지도 모른다고 하였다.

그들은 나노튜브를 쭉 쌓은 다음 플라즈마 반응기에 집어넣었다. 플라즈마는 종종 

나노미터 크기의 알갱이를 가진 다이아몬드 필름의 일종인 극나노크리스탈 

(ultrananocrystalline) 다이아몬드를 성장하는데 사용되기 때문에 그들은 다이아모

드가 나노튜브의 양 끝에서 자랄 것이라고 생각했다.

칼리슬 박사는 “글쎄, 제대로 되지 않았습니다. 그건 지독한 실패였지요. 잘 해봤자 

과학에 불과 했습니다..”고 하였다.

플라즈마는 나노튜브의 끝을 부식시켜버렸다. 탄소가 플라즈마와 반응을 해서 증발

이 되었다.

그러나, 샘플 중의 하나에서는, 몇몇 나노튜브가 나노튜브 샘플의 수확지같은 한 수

평 위치에 정돈이 되었다. 전자 현미경 센터의 도움으로 이 샘플을 관찰하고는 과학

자들은 수직 나노튜브를 파괴한 것과 같은 부식 과정이 수평 나노튜브의 부드러운 

측면 벽을 찢어 연다는 것을 발견하였다. 그리고는 탄소 원자들은 날개처럼 결합이 

되었다.

칼리스 박사는 이 변형된 나노튜브를 “가시가 많은 나노튜브 (prickly 

nanotubes)"나 "나는 나노튜브 (flying nanotube)"로 명명하려고 고민하였는데, 트

라소바레스 박사가 이 독특한 구조를 표현하기 위해 ”흑연 날개 (graphite 

wings)"를 제안하여 이에 찬성하였다고 하였다.

트라소바레스 박사는 “연구를 할 때 좋은 점은 기대하지 않았던 것을 자주 발견한다

는 것입니다. 이럴 때 당신은 ‘무슨 일이 일어나고 있지?’, ‘우리가 무엇을 얻은 거

지?’, ‘왜 우리가 그것을 얻었지?’, ‘그게 무슨 의미지?’라고 물어보아야만 합니다.”고 

하였다.

과학적인 면에서, 이것은 나노튜브의 매끈하고 반응성이 없는 표면에, 표면적과 반

응점의 수를 늘이는 등의 변화를 주는 새로운 프로세서가 있음을 의미한다. 무엇보

다도 중요한 것은, 이 연구가 새로운 성질을 가진 새로운 나노재료와 나노 합성물에 

관한 처녀지를 개척하였다는 것이다.

그리고 과학자들은 가능한 응용에 대해 숙고할 수 있다.

반응 지역의 수가 증가할수록, 나노튜브에 붙을 수 있는 분자 그룹의 수가 증가한

다. 기능화가 개선이 된다. 표면적의 증가는 평면 디스플레이에 중요한 전자 방출 성

질을 변화시킬 수 있다. 방출 지역이 많은 것은 더 많은 전류가 흐를 수 있는 것은 의

미하고, 이것은 더 밝은 디스플레이가 만들어질 수 있음을 뜻한다.

날개는 또한 나노튜브가 폴리머에 고정되는 것을 도와줄 수 있다. 이 둘은 드물게 좋

은 연결을 만드는데, 이렇게 함으로써 화학 센서, 탐침, 연료전지, 입자 엑스선, 직

물, 나노전선, 그리고 인공 근육을 향한 문이 열리게 된다.

연구를 거듭할수록 더 많은 응용이 개발이 될 것이다. 하지만, 칼리슬 박사는 이런 

일은 당장 일어나지 않을 것이라고 하였다. 그러기 위해서는 앞으로 시험하고 해결

해야 할 문제가 여전히 많이 남아있다.

칼리슬 박사는 “과학자로써 우리는 가능한 일을 상상합니다. 실제 사용되는 기술이 

개발된 과정을 보면, 그것이 얼마나 어려운 것인지를 인정하게 될 것입니다.”고 하였

다

 

  정보출처   http://www.anl.gov/OPA/local/news/an.html#story1  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2004년 07월 26일