기능성 나노입자 소재기술

Abstract

원자나 분자단위의 조작을 통해 새롭고 향상된 성능의 물질이나 소자를 제조하는 나노기술(Nanotechnology, NT)은 최근 정보기술(IT), 생물기술(BT)과 함께 차세대를 선도할 첨단기술로 인식되고 있다. 특히, 소재원천기술인 나노기술에는 소형화·복합화라는 첨단 기술분야의 요구기능을 충족하기 위해 나노구조를 갖는 물질의 원소재화가 근본적으로 해결되어야 한다. 나노구조재료는 기존 마이크론 구조물질에 비해 월등한 성능 향상은 물론, 나노구조화 됨으로서 나타나는 재료의 새로운 성질을 기대할 수 있다. 예를 들어, 기존 알루미나 세라믹 구조체보다 2배 이상 높은 강도와 인성을 갖는 재료는 세라믹 기지상 내에 나노금속 분산상을 균일하게 분포시킨 나노복합구조의 설계를 통해 구현된 바 있으며1,2), 나노크기 입자가 갖는 거대한 비표면적을 이용한 촉매 및 센서재료는 기존 성능을 크게 향상시키는 것으로 보고되었다3,4). 또한 1∼10 nm 크기의 화합물반도체 입자는 입도에 따라 발광특성이 다르게 나타나는 새로운 광학적 성질을 가지며5), 자성재료의 경우 나노입자화시 나타나는 초상자성6)은 신응용산업의 수요를 촉발할 새로운 현상으로 보고되고 있다. 나노구조를 갖는 재료의 개발은 점차 첨단화되고 있는 다양한 산업분야의 요구, 즉 소형경량화, 복잡형상화, 고성능화 및 복합기능화와 같은 요구기능을 동시에 충족시킬 수 있는 최적의 방안으로 인식되고 있다. 1999년 유럽의 재료과학자들을 대상으로 나노소재의 응용분야에 대해 설문 조사한 결과7), 미래의 나노소재는 구조용보다 기능성 소재로 훨씬 큰 응용 잠재력을 가지고 있는 것으로 나타났다 (그림 1 참조). 최근 선진국을 중심으로 자국 기술을 보호하기 위한 기술장벽이 점차 높아지고 있는 점을 감안할 때, 높은 부가가치를 창출할 수 있는 기능성 나노소재의 개발은 매우 중요하다. 표 1은 나노구조화를 통해 기대되는 전기적, 자기적, 광학적 및 기계적 성능의 향상을 나타내고 있다7). 나노구조소재의 구현은 크게「Top-down」방식과「Bottom-up」방식으로 대별된다8). 이중 첨단 기능성 소재로의 응용가능성이 큰 Bottom-up 방식은 "벽돌쌓기 (building block)"로 대변되는 접근개념으로서, 원자제어 또는 조합을 통해 나노입자를 제조하고 벌크화함으로써 재료구조 특성에 따라 다양한 기능의 향상을 유도하고 있다 (그림 2). 본 고에서는 나노입자로부터 출발하는 기능성 나노소재 개발 및 응용, 시장전망에 대한 현황을 살펴보고자 한다.