(A lattice of 3-D printed nickel. The entire structure is printed in 150-nanometer layers, and the final structure is six microns high. Credit: Greer Lab)
칼텍의 연구팀이 불과 150nm 두께의 금속층을 적층한 금속 3D 프린터 기술을 개발했습니다. 줄리아 그리어 (Julia Greer) 교수와 그녀의 팀의 대학원생인 안드레이 비아츠키츠(Andrey Vyatskikh)는 불과 두 개의 광자로 이뤄진 레이저를 이용해서 이와 같은 성과를 거뒀습니다. 물론 이는 말처럼 간단한 일이 아닙니다.
연구팀은 선행 연구에서 폴리머를 이용해 나노 적층 구조물을 만드는 기술을 개발했습니다. 문제는 금속의 경우 고온 나노 구조물을 만들기 힘들다는 점입니다. 그래서 연구팀은 니켈과 폴리머의 혼합물을 이용해서 우선 나노 적층 구조물을 만든 후 이를 다시 가공하는 방식을 선택했습니다. 폴리머에 리간드(ligand) 형태로 니켈을 붙인 우 이를 레이저 (two-photon laser)로 적층해 기본 구조물을 만들었습니다. (사진)
그리고 이 미세 구조물을 섭씨 1000도로 가열하면 폴리머 같은 유기물은 날아가고 니켈만 남게 됩니다. 니켈의 녹는점이 섭씨 1455도로 훨씬 높기 때문이죠. 그렇게 해서 폭 150nm, 크기 6 마이크로미터의 3차원 격자 구조물을 생성할 수 있습니다. 이렇게 만든 나노 구조물은 세포 하나 크기보다 작으면서 복잡한 3차원 금속 구조물이 될 수 있습니다. 덕분에 스펀지처럼 압축했다가 본래 모양으로 돌아오는 등 본래 금속 구조물과는 다른 성질도 지닐 수 있습니다.
(동영상)
연구팀은 비슷한 방식으로 니켈 이외에 다른 여러가지 금속 및 세라믹 구조물을 만들 수 있는지 연구하고 있습니다. 이와 같은 초미세 적층 기술은 초경량 고강도 구조물 같이 과거에는 만들기 어려웠던 신소재 개발에 큰 도움이 될 것으로 예상됩니다. 다른 걸 다 제처두고라도 이렇게 작은 미세 금속 구조물을 만들 수 있다는 것 자체가 상당히 놀라운 기술임에 분명합니다.
이 연구는 네이처 커뮤니케이션스에 실렸습니다.
참고
Andrey Vyatskikh et al. Additive manufacturing of 3D nano-architected metals, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-03071-9
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