탄소나노튜브 기반의 나노액추에이터

휨 탄소 나노튜브(bending carbon nanotube)의 팁(tip)에서는 마이크로 뉴톤

(micro Newton) 정도의 힘을 발생시킬 수 있다. 이번 연구진은 이러한 열적 바이모

프 액추에이터(bimorph actuator)를 제조하기 위해서 다중벽 탄소나노튜브를 이용

했다. 다중벽 탄소나노튜브에 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition, PLD) 방

법을 사용해서 나노튜브의 한 면에 매우 얇은 금속을 적층시켰다. 팁으로부터 발생

된 힘은 LFM(Lateral force microscopy)을 사용해서 측정되었다. 

나노크기 액추에이터나 이러한 액추에이터의 어레이는 많은 곳에 적용될 수 있다. 

예를 들어, 세포 위에 발생된 외부 힘의 효과(내부 세포 신호의 이동과 세포 기능의 

변화)를 조사하기 위해서 필요한 힘을 어떻게 발생시키고 조절해야 하는지를 알아

햐 하는데 이번 연구는 이런 힘을 측정할 수 있도록 할 것이다. 스티븐슨 공과대학

(Stevens Institute of Technology)에서 수행한 최근 연구에서 연구진은 마이크로뉴

톤 힘을 발생시키는 바이모프 나노액추에이터를 만들기 위해서 개개의 다중벽 나노

튜브를 사용했다. 

바이모프 나노액추에이터 팁에서 발생된 편향과 힘은 두 개의 구성 물질로 만들어

진 이중 층 사이의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)의 다름으

로 발생한다. 이러한 나노크기 바이모프 구조를 만들기 위해서 연구진은 노출된 다

중벽 탄소나노튜브의 단지 한 면 위에 금속 박막을 증착시키는 PLD 기술을 사용해

서 직접 증착을 하였다. 연구진은 바이모프의 중앙에서 측면으로 AFM 팁을 움직임

으로서 나노액추에이터로부터 힘을 측정했다. 

열에 의해서 발생된 힘은 AFM 캔틸레버(cantilever)를 더 비틀었다. 그리고 이 힘은 

AFM의 아래에서 온도가 올라가는 만큼 증가한다는 사실을 알게 되었다. 바이모프 

나노액추에이터의 수직 어레이는 생물학적 세포의 기계화학적 반응

(mechanochemical response)을 밝히기 위해서 다양한 물질을 사용해서 제조될 

수 있다. 

연구진은 탄소나노튜브, 그라핀, 나노와이어 같은 나노물질을 기초로 한 액추에이터

와 메커니즘을 연구하고 있다. 

이 연구는 Nanotechnology에 “A multi-walled carbon nanotube?aluminum 

bimorph nanoactuator” 이라는 제목으로 게재되었다(Onejae Sul et al 2009 

Nanotechnology 20 095502 (5pp) doi: 10.1088/0957-4484/20/9/095502). 

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-15