[신기술소개] 미국 오클라호마대학(University of Oklahoma), 탄소나노튜브의 키랄성을 향상시키는 계면활성제

KIC News, Volume 14, No. 1, 2011

KIC News, Volume 14, No. 1, 2011 51

미국 오클라호마대학(University of Oklahoma), 탄소나노튜브의 키랄성을 향상시키는 계면활성제

탄소나노튜브는 다양한 전기적 특성을 가능케 하는 키랄성의 혼합으로 되어있다. 그러나 나노튜브가 소 자로 사용되기 위해서는 한 방향의 키랄성이 풍부해질 필요가 있다. 미국 오클라호마대학(University of Oklahoma)의 한 연구팀이 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 나노튜브의 묶음이 한 방향의 탄소원자들로 재 배열되게 할 수 있는 특별한 계면활성제를 만들 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 단일 키랄 튜브는 약물 전달, 바이오센서, 고성능 전자 소자 등 다양한 분에서 활용이 가능하다.

단일벽탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)는 지름이 약 1 nm인 단일 원자 두께의 탄소원자 시트(sheet)의 튜브형태로 이루어졌다. 시트의 원자들은 육각형의 구조를 이루고 있다. 튜브의 축 에 대한 구조의 상대적인 방향, 즉 키랄성은 튜브가 금속인지, 반도체인지를 결정한다. 이는 결국 이러한 탄소나노튜브가 어떠한 성질을 가지는지를 밝혀준다.

단일벽 탄소나노튜브는 센서, 트랜지스터 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 이상적인 소재이다. 이는 높 은 표면적과 뛰어난 전하 전송 특성 때문이다. 그러나 이러한 소자를 만들기 위해서는 튜브는 하나의 키랄 성을 가질 필요가 있다. 그러한 이러한 단 방향의 키랄성을 형성하기는 매우 어려운 과제이다.

이번에 Alberto Striolo박사와 그의 동료들은 플라빈모노뇨클레오티드(flavin mononucleotide)와 같은 표면활성제를 통해 단일벽 탄소나노튜브를 지름과 키랄성에 따라 분리할 수 있게 되었다. 분자 시뮬레이션 을 이용하여 연구팀은 수성 나노튜브에 흡착된 표면활성제의 구조가 나노튜브 표면의 척력과 인력에 영향 을 미치는 것을 확인했다. 연구팀은 개개의 나노튜브 사이에 존재하는 척력은 단일 키랄성에서는 더욱 강 하게 존재한다는 사실을 발견했다. 이러한 이론적인 시뮬레이션을 통해서 Striolo 박사와 그의 연구팀은 탄 소나노튜브를 원하는 방향으로 분산시킬 수 있는 새로운 방법을 개발하는 데 성공했다.

“비록 이러한 기술은 바로 현실화되지 않았지만, 튜브의 지름과 키랄성을 통해서 새로운 기능의 나노튜 브를 제작하는 것이 가능하게 되었다.”고 Striolo 박사는 말했다.

연구팀은 현재 광학적인 표면활성제를 만들고자 연구를 진행하고 있다. “우리는 표면활성제의 여러 알려 진 거동에 대한 데이터베이스를 확보하고자 노력한다. 이러한 표면활성제는 나노튜브를 활용한 새로운 소 자를 설계하는 데에 필수적인 부분을 차지한다.”고 Striolo 박사는 말했다.

Figure. 단일 키랄성을 보이는 탄소나노튜브.

출처 : http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44612

작성 : 김상범(경기대학교)