미세유체 장치에 원하는 형상과 두께의 나노다공성 막을 손쉽게 제작할 수 있는 공정이 개발됐다.

김동성<사진> 포스텍 기계공학과 교수 등 연구팀은 최근 독립지지 나노다공성 막을 미세유체 장치 상에 바로 제작하는 유연성 및 신뢰성 높은 공정 개발에 성공했다.

이 연구성과는 나노 및 마이크로 과학 분야에서 권위를 인정받고 있는 국제 학술지인 ‘스몰’ 6월 4일자에 표지논문으로 게재됐다.

나노 유체역학 장치의 특징인 선택적 이온투과와 같은 전기화학적인 성질을 부가하기 위해서는 특수하게 제작된 나노다공성 막이 미세유체 장치에 결합돼야 하지만, 나노다공성 막 자체가 다루기 어렵기 때문에 기존 방식으로는 제작할 수 있는 막의 형태가 매우 한정돼 있었다.

연구팀은 기존에 개발했던 전해질 기반 전기방사법과 나피온 용액 주입을 통해 미세유체 장치 내에서 독립지지 나노다공성 막을 직접 손쉽게 제작하는 방안을 제시했다.

이 제작 공정은 나노다공성 막 제작의 유연성을 크게 증대시킴으로써 기존 기술로는 구현하기 어려웠던 3차원 형태의 다중채널 또는 다층 구조와 같이 복잡한 구성을 갖는 3차원 나노 유체역학 장치 내에 나노다공성 막을 구현하는데 성공했다. 이 제작 공정은 사용 목적에 따라 독립지지 나노다공성 막의 형상, 두께 등을 쉽게 제어할 수 있고 유체의 누수 없이 나노다공성 막을 제작할 수 있기 때문에 막 형태를 적용 분야에 최적화할 수 있었다.

특히 해수와 담수가 만났을 때 생성되는 이온의 선택적 이동을 이용해서 발전하는 역전기 투석 기반 에너지 수확 장치를 제작했을 시 기존 역전기 투석 기반 에너지 수확 장치들에 비해 더 높은 전력을 생성하는 것을 확인했다.

이러한 제작 용이성, 높은 기능성 덕분에 이 제작 공정은 나노 유체역학 장치의 대용량화를 가능하게 해 고효율·대용량 나노 유체역학 장치를 개발 및 상업화 하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

김동성 교수는 “사용 목적에 따라 다양한 형상의 나노다공성 막을 손쉽게 제작할 수 있는 최초의 연구”라며 “이 공정을 응용하면 선택적 투과를 통한 에너지 생산, 농축 또는 담수화 등 다양한 분야에서 고효율·대용량 장치 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.