나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 선전(深圳) 선진기술 연구원 산하 "기능 필름 소제 연구 센터" 탕융빙(唐永炳) 연구원 연구팀은 홍콩 도시 대학교 장원쥔(張文軍) 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 자외선 주파수 대역으로부터 적외선 주파수 대역까지의 높은 투과 비율을 가지는 초박(超薄) 다이아몬드 나노 막을 개발하는데 성공함.

동 초박(超薄) 다이아몬드 나노 막은 안개 방지, 물속에서의 셀프 클리닝, 내마모 특성을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 연구팀은 광학 투과 렌즈, 해양 정밀 기기, 고 해상도 모니터링, 적외선 센서 등의 분야에 활용하기 위해 표면 방지 보호 관련 새로운 아이디어를 제공함.

다이아몬드는 우수한 광학 성능, 높은 열전도 비율, 초고(超高) 경도, 내마모성, 내부식성, 우수한 바이오 호환성을 가지지만 전통적인 "사전 결정핵 생성 공법(Pre nucleation process)" 제한을 받기 때문에 일반적인 다이아몬드 박막의 두께는 200nm 이상에 달하며, 광 투과 비율은 박막 두께의 증가에 따라 감소세를 나타내므로 자외선, 가시광선 및 적외선 주파수 대역의 높은 투과 비율을 얻기 어려웠음.

탕융빙(唐永炳) 연구원 연구팀은 독자적으로 연구개발한 "자체 조립 파이톨리드(phytolith) 기상증착 방법"을 통해 두께가 45nm밖에 되지 않는 높은 치밀도를 보유한 다이아몬드 나노 막을 개발하였는데 막을 코팅한 석영 유리(quartz glass)의 자외선-가시광선 주파수 대역에서의 광 투과 비율은 90% 수준에 도달하는 것으로 나타났으며, 물속에서의 광 투과 비율은 98% 수준에 도달하는 것으로 나타나 막 코팅을 하지 않은 석영 유리 수준에 근접하는 것으로 나타났음. 다이아몬드 나노 막은 적외선 주파수 대역에서 투과를 증가시키는 효과를 나타내고 있으며, 막 코팅 석영 유리의 광 투과 비율은 85%에 달하여 막 코팅을 하지 않은 석영 유리보다 10%나 더 높은 것으로 나타났음.

연구팀은 표면 처리 후의 다이아몬드 나노 막은 초 친수성과 물속에서의 초 친유 특성을 보유하고 있기 때문에 막 코팅 유리는 증기 및 온도가 극변하는 환경 하에서도 투명 및 안개 방지 기능을 보유할 뿐만 아니라 물속에서 오일 오염 부착을 방지하고 물속에서의 셀프 클린 기능을 실현할 수 있음을 입증하였음.

그 외, 이런 초박(超薄) 다이아몬드 나노 막은 내마모 성능을 보유하고 있기 때문에 고속으로 운동하는 모래알이 다이아몬드 나노 막 표면에 부딪친 후에도 표면 형태와 광 투과 비율은 기본적으로 변하지 않는 것으로 나타났으며, 막 코팅 후의 석영 유리는 초저(超低) 마찰 계수와 자체 윤활 기능을 가지고 있고 마찰 계수는 막을 코팅하지 않은 석영 유리보다 3배 이상이나 더 낮은 것으로 나타났음.

현재 넓은 주파수 대역의 높은 광 투과 비율을 가지고 있는 초박(超薄) 다이아몬드는 반도체, 석영, 유리 등 다양한 상용화 매트릭스 소재(Matrix material) 상에서 제조가 가능하며, 광학 렌즈, 광학 부품, 모니터링, 적외선 센서, 해양 정밀 기기 등 분야에서 밝은 응용 전망을 보이고 있음.

본 연구 성과는 ‘Applied Surface Science’ ("UV-to-IR highly transparent ultrathin diamond nanofilms with intriguing performances: Anti-fogging, self-cleaning and self-lubricating") 지에 게재됨.