나노기술 및 정책 정보

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● 일본 나고야대학교 미래재료·시스템연구소, 도요타 중앙연구소의 공동 연구그룹이 대규모 디지털 데이터를 수신할 수 있는, 탄소나노튜브(CNT) 1개로 이루어진 극미소 안테나를 개발

● 본 극미소 안테나는 들어오는 전파 신호를 안테나 자신인 캔틸레버(cantilever) 모양 CNT의 기계 진동으로 변환하여 데이터 수신을 가능하게 하며, 기존의 안테나와는 다른 원리로 작동

● 이 안테나는 높은 기계 강도와 우수한 전기전도성을 갖는 CNT를 사용함으로써 나노 크기이면서도 안정적으로 고정밀 데이터를 전송하며, 디지털 신호처리기술과 결합하여 노이즈 조건 하에서도 0.93bit/Hz라는 높은 통신 성능을 달성

● 연구진은 탄소나노튜브를 기계 진동자로 사용함으로써 매우 작고 안정적이면서 신호 수신이 가능한 안테나를 실현

● 제작된 기계 진동자 안테나는 1개의 탄소나노튜브로 구성된 컨틸레버가 작은 공간을 사이에 두고 미세 전극과 마주 보는 구조를 가지며, 이 미세 전극과 탄소나노튜브 사이에 직류 전압을 인가함으로써 탄소나노튜브 끝에서 전자가 튀어나와 전류가 흐르고, 여기에 외부로부터 신호(전자파)가 조사(照射)되면 탄소나노튜브 내 전자에 정전력이 작용하여 신호에 따라 탄소나노튜브가 기계적으로 진동하고, 탄소나노튜브와 미세 전극 사이에 흐르던 전류의 크기는 양자의 거리에 따라 변화

● 연구진은 제작된 나노 안테나를 사용하여 실제로 컬러 이미지 데이터를 수신했을 때의 동작을 실증하였으며, 미세 안테나는 신호로부터 받는 에너지가 작고 노이즈의 영향을 받기 쉽지만, 디지털 통신기술을 결합함으로써 높은 정확도로 데이터를 수신할 수 있음을 확인

● 본 안테나가 현재 주류인 80MHz 대역폭을 가진 WiFi 환경에서 작동한다고 가정하였을 때 통신 속도는 70Mbps 정도로 화상 데이터 및 화상 통화 같은 대용량 데이터 통신으로의 응용이 가능할 것으로 기대 

※ 용어설명

- 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT): 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 나노직경의 튜브를 이루고 있는 탄소동소체

※ ACS Applied Nano Materials 게재(2021.10.22.), “Carbon Nanotube-Based Nanomechanical Receiver for Digital DataTransfer”