나노튜브를 이용한 절단 공정

 

2006년 과학자들은 치즈 절단 와이어처럼 작동하는 탄소 나노튜브(carbon 

nanotube) 칼에 대한 개념을 이론적 관점에서 소개하였다. 한편 어떤 이들은 탄소 

나노튜브를 자르고 날카롭게 하기 위해 위와 유사한 방법을 보고하기도 하였다. 

2006년에 탄소 나노튜브 칼을 소개한 연구진은 최근 디자인을 재정립하여 나노튜브

에 기초한 나노칼의 제조 가능성을 입증하였다. 

 

장치의 기계적 강도를 측정하는 방식으로 두 개의 텅스텐 바늘 사이에서 개개 나노

튜브를 늘리는 방식을 취하였다고 버지니아텍 연구소(Virginia Tech`s Institute for 

Critical Technology and Applied Science(ICTAS))의 구프린 사이(Gurpreet 

Singh)는 말한다. 나노칼에 대한 인장력 시험에 따르면 인가된 힘은 CNT에 영향을 

미치지 않는 반면 접합 지점에서 파괴를 일으키는 것으로 나타났다. 나노칼에 대한 

실시간 하중 실험에 따른 최대 파괴력은 수 마이크로뉴튼 수준인 것으로 확인되었

다. 

 

바이오테크놀러지와 의학 연구에서 냉각된 시료의 3차원 극저온 전자 현미경 이미지

는 세포의 구조와 기능 연구에 있어 매우 중요하다. 하지만 기존의 다이아몬드 혹은 

유리 칼로 냉각된 시료를 자를 때 나타나는 고유의 문제는 칼의 절단 날이 표면을 눌

러 압축 응력을 인가한다는 사실이다. 이는 시료가 평평한 상태를 유지하고 있을 경

우 시표 표면에 균열을 야기하게 된다. 이러한 문제에 대한 해결책은 다이아몬드 칼 

대신 다중벽 탄소 나노튜브를 이용하는 것이다. 나노튜브는 직경이 작기 때문에 시

료가 휘어지는 각도를 감소시키게 된다. 

 

연구진은 개개 나노튜브를 집어 배치한 후 원자 힘 현미경 팁(atomic force 

microscope tip)을 이용한 기존의 전자 현미경에서 기계적 굽힘 시험을 진행하였

다. 그들은 파괴되기 전 장치가 받은 최대 힘은 마이크로 절단기에서 관찰되던 실제

적인 절단력에 근접한다는 것을 알 수 있었다. 

 

세포에 대한 전자 현미경 측정의 경우 얻어진 정보에 대한 신뢰성이 떨어질 수도 있

다. 세포는 다이아몬드 칼로 절단되고 전자 현미경의 진공 상태를 견뎌내기 위해서 

화학적 연결제로 처리되고, 세포내의 수분이 유기 용매로 치환되며, 플라스틱 레진

에 고정된다. 따라서, 이러한 처리 공정으로 인해 관찰된 구조가 정확하게 해석되지 

못할 수도 있다. 반면, 금속 와이어는 단단하며 재료는 치즈처럼 딱딱하지 않기 때문

에 와이어는 효과적인 절단 도구가 된다. 

 

한편, 시료의 표면 거칠기는 나노튜브 직경 수준이기 때문에 문제를 일으킬 수 있

다. 또한 나노칼을 제조하는 현재의 방법은 시간 소모적이며 많은 비용이 소요되는 

단점이 있다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 마이크로전자기계 시스템

(microelectromechanical system)과 고해상도의 초점 이온 빔(high-resolution 

focused ion beam (FIB))을 이용할 계획에 있다. 

 

[그림] 나노칼을 이용한 절단 공정.

 

http://www.nanowerk.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-19