나노기술 및 정책 정보

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● 독일 University of Oldenburg의 Dmitry Momotenko 교수 연구팀이 스위스 ETH Zurich, 싱가포르 Nanyang Technological University와의 공동연구를 통해 25nm(나노미터)에 불과한 구리를 이용하여 물체를 만들 수 있는 전기도금 기반 전기화학 3D 프린팅 기술을 개발

● 전기도금을 시행하는 경우 양전하를 띤 금속 이온은 용액 내에 담지되며 이 용액이 음으로 대전된 전극과 접촉하면 금속 이온이 전극의 전자와 결합하여 중성 금속원자를 형성한 후 침착되어 점차적으로 고체 금속층을 형성

● 연구팀은 3D 나노프린팅(nanoprinting)을 위해 양전하를 띤 구리 이온 용액을 작은 피펫에 담지한 후 두 개의 구리 이온만이 동시에 통과가 가능한 지름 1.6~253nm의 노즐을 통해 구리 이온 용액을 배출

● 연구팀은 금속층이 성장함에 따라 노즐이 막히는 현상을 방지하기 위하여 음으로 대전된 기판 전극과 피펫 내부의 양극 사이의 전류를 기록한 후 이를 토대로 완전 자동화된 공정으로 노즐의 움직임을 적절하게 제어하여 전극 표면에 구리 원자층을 하나씩 도금하였으며 금속층이 일정 두께를 초과할 경우 노즐이 후퇴하도록 하여 노즐 막힘 현상 해결

● 노즐의 정밀한 위치 제어로 인해 수직 기둥과 나선형 나노구조물을 모두 인쇄할 수 있었고, 인쇄 방향을 바꾸는 것만으로도 수평 구조를 만드는 것이 가능

연구팀이 개발한 기술은 인쇄 노즐의 크기와 전기화학적 매개변수 제어를 통해 구조물의 지름을 정밀하게 제어할 수 있도록 함으로써 현재 금속 분말을 사용한 3D 프린팅 구조물의 최소 지름인 약 100μm 보다 4,000배 작은 지름을 갖는 구조물을 프린팅

● 연구팀이 개발한 기술은 나노 스케일의 정밀도를 갖는 금속 구조물을 프린팅하는 기술로 마이크로 및 나노 스케일의 적층 제조를 통해 기능적 구조의 구현과 초소형 장치의 제작이 가능

● 연구팀은 리튬 이온 전지의 충전속도를 향상시키기 위하여 3D 프린팅을 통해 전극 표면적을 크게 늘리고 음극과 양극 사이의 거리를 줄이기 위한 연구를 수행하고 있음.

※ 용어설명

- 전기도금(Electroplating): 전기분해의 원리를 이용하여 물체의 표면을 다른 금속의 얇은 막으로 덮어 씌우는 방법

※ Nano Letters 게재(2021.11.18.), “Bringing Electrochemical Three-Dimensional Printing to the Nanoscale”