탄소 나노튜브의 새로운 자기 조립 방법

 

몇 나노미터의 폭을 가진 매우 작은 벌집 실린더 모양의 탄소 원자로 구성되어 있는 

나노튜브들은 현대 기술연구에서 중요한 물질이지만 원자 크기 막대를 만드는 것은 

매우 어렵다. 국립표준연구원(National Institute of Standards and Technology, 

NIST)과 라이스 대학(Rice University) 연구진은 선 모양으로 스스로 자기 조립하

는 나노튜브를 저렴하게 만들 수 있는 프로세스를 개발하였다. 

 

폭넓은 영역의 최신 전자장치나 재료 기술들은 탄소나노튜브의 독특한 물리적, 광학

적, 전기적 성질을 이용한다. 나노크기 전도체나 나노와이어 같은 물질들은 어떤 조

직적 배열에서 나노튜브를 효율적으로 선 모양으로 만들 수 있는 능력이 예견되었

다. 불운하게도 나노튜브를 용매에 녹이면 나노튜브들은 서로 응집한다. 이런 응집

을 막기 위해서 또 다른 분자(DNA가 주로 사용됨)들을 코팅할 수 있지만 혼합물을 

분산하고 건조하면 무작위로 엉켜 있는 나노튜브 매트(nanotube mat)가 만들어진

다. 나노튜브가 일정 방향을 향하도록 하는 일련의 기계적 접근방법이 있지만 더 손

쉽고 저렴한 나노튜브를 얻기 위해서는 자기조립 방법으로 이것이 가능해야 한다. 

 

NIST 연구진은 응집을 예방하고 탄소나노튜브를 정렬하고 정제하기 위해서 담즙산

(bile acid)을 사용했다. 담즙산은 생물학적 표면활성제이고 다른 대부분의 표면활성

제처럼 친수성인 부분과 소수성인 부분을 가진다. 이 담즙산은 일반적인 결합구조에

서 머리와 꼬리를 가지는 대신에 친수성과 소수성을 동시에 가지기 때문에 복합 표

면활성제의 일종이다. 물에 녹으면 이러한 친수성/소수성 분자들은 안에서 보호된 

담즙산의 소수성 꼬리(tail)를 가진 속이 빈 구체에서 함께 모이는 경향이 있다. 이 담

즙산의 두 가지 성질이 속이 빈 막대 모양을 형성하도록 한다. 이 공동 막대는 막대 

모양의 나노튜브를 저장할 수 있다. 

 

약 하루가 지나면 담즙산 껍질은 나노튜브가 나란히 서 있고 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝

을 잇는 긴 사슬을 만들기 시작한다. 그 후 이 사슬은 비틀려진 구리 와이어처럼 뒤

틀려진 필라멘트(filament)와 함께 합쳐지기 시작한다. 이 결과는 나노튜브를 정렬하

는데 이상적인 방법을 제공한다. 담즙산 껍질은 나노튜브가 정렬된 후에 제거되는 

것이 이상적이지만 이것은 아직까지 어렵다. 표면활성제는 생체 세포에 유독하다. 

그래서 담즙산 껍질을 제거하지 않으면 대부분의 생체 의학 적용을 방해한다. 반면

에 이 기술은 탄소 나노튜브의 광학적 적용을 연구하는데 흥미로우며 쉽고 지극히 

저렴한 방법이다. 각각의 탄소나노튜브의 정렬된 배열을 어떻게 만들 것인지에 대

한 힌트를 준다. 이제 어떤 외부 자기장이나 전기장을 인가할 필요도 없고 폴리머 속

에 튜브를 건조하고 가열하고 이것을 늘일 필요도 없다. 단지 탄소나노튜브의 자기

조립으로 매우 좋은 정렬을 얻을 수 있다. 

 

이 연구결과는 ACS Nano에 “Self-Assembly of Ordered Nanowires in Biological 

Suspensions of Single-Wall Carbon Nanotubes” 이라는 제목으로 게재되었다

(081219164213075 DOI: 10.1021/nn800609y). 

 

그림. 담즙산으로 둘러싸여진 몇 개의 나노튜브 막대로 구성된 길게 정렬된 단일벽 

탄소나노튜브.

 

 

http://www.sciencedaily.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-19