기계/재료

나노조종로봇으로 그라핀 가공제어실현

발행일 : 2012 / 04 / 11

중국 자연과학분야의 권위 학술지인 《SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica》 최신호 표지에 중국과학원 심양자동화연구소 마이크로나노과제팀이 나노조종로봇을 이용해 그래핀 가공 제어를 실현한 연구성과가 실렸다(Vol. 42(4): 358-368, 2012). 이는 작년 《Chinese Science Bulletin》(Vol. 56(32): 2681-2688, 2011)에 발표된데이어 심양자동화연구소가 중국내 자연과학분야 권위학술지 표지에 발표한 또 하나의 연구성과이다.

나노조종로봇은 나노척도물체를 효과적으로 제어하는 전기기계시스템으로 정의할 수 있는데, 매크로로봇과 비교하였을 때 초고 민감도와 초고정밀도 등의 특징을 지니기에 매크로로봇으로는 실현이 불가능한 마이크로 척도의 각종 관측, 특성연구 및 조종을 수행할 수 있다. 2005년 심양자동화연구소는 중국 최초의 나노조종로봇시스템을 구축하였고 이를 토대로 나노부품가공과 제조 선행연구를 수행하였다.

그래핀은 단층 탄소원자의 2차원구조로 캐리어농도와 전자이동도가 매우 높은데다가 전자가 그래핀을 통과할 때 저항이 거의 없어 에너지소모가 극히 적기 때문에 그래핀으로 초소형의 저온에 견디는 고속 전자부품을 만들면 기존의 실리콘베이스 마이크로전자부품제조에 직면한 기술병목을 해결할 수 있다. 나노부품제작에 있어서 그래핀은 탁월한 성능을 나타내지만 에너지갭이 없기에 특정된 기하모형으로 가공하는 방법으로 에너지 갭을 도입한다. 따라서 어떻게 그래핀의 절단을 제어하는가 하는 것이 현재의 연구과제가 되고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 로봇학 국가중점실험실의 마이크로나노과제팀은 나노조종로봇을 이용해 그래핀의 가공제어 연구를 수행했다. 연구결과 그래핀 결정구조가 비대칭성이기에 서로 다른 방향에 따라 그래핀을 절삭할 때 생기는 절삭력이 서로 다르다는 점을 발견하였다. 이 발견은 나노 힘피드백 기반의 그래핀 절삭방법을 위해 기초를 다졌으며 동시에 결정격자 정밀도의 그래핀 절단을 실현하기 위해 타당성 기술경로를 제공하였다.

이 연구는 그래핀베이스 나노부품의 제조를 위해 새로운 이론방법 및 기술경로를 제공하였다.

2009년에 연구방향을 확정해서부터 연구진은 창의적인 연구에 본격적으로 착수하였고 로봇기술과 그래핀 가공변성 분야에서 창의적인 중요한 성과를 올렸다. 주요 연구성과로는 그래핀 조립제어방법, 대기환경에서의 그래핀 원자 정밀감시측정기술, 그래핀 결정고속식별기술 및 그래핀 결함변성방법 등이 있다. 심양자동화연구소는 나노조종로봇학과 그래핀가공변성 연구에서 실질적인 성과를 올렸고 나노조종로봇의 그래핀 나노가공제조를 위한 새로운 길을 개척하였다.

정보출처 : 중국과학원 심양자동화연구소