전북대학교 문세연 교수(공대 양자시스템공학) 연구팀이 상압에서 저온의 플라즈마를 이용해 고품질의 이산화티타늄(TiO2)을 고속으로 증착할 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다.

이산화티타늄은 빛을 흡수해 다른 물질을 산화시키는 능력이 우수한 광촉매로서 살균제, 악취제거, 항균제 등의 생활환경 분야 뿐 아니라 반도체 및 태양전지 셀 등의 코팅물질로 널리 활용된다.

산업적으로는 박막의 형태가 널리 이용되며, 이를 위해 일반적으로는 졸-겔 법을 필두로 고진공이 요구되는 화학기상증착이나 진공플라즈마 증착법이 적용되어 왔다. 최근에는 열에 약한 유연소재 위에 TiO2를 증착하기 위해 저온의 증착공법이 관심을 받아 왔으나, 느린 증착속도와 낮은 품질의 한계를 보였다.

이를 극복하기 위해 문세연 교수 연구팀은 저온의 상압 플라즈마 기술을 활용했으며, 열린 공간에서 TiO2를 빠른 속도로 증착할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 동일 공정 시스템에서 적용된 화학기상증착 대비 2~3배의 속도 향상을 보였고, 증착 품질 면에서는 더 뛰어난 성과를 보였다고 연구진은 밝혔다.

이 연구 성과는 네이처를 출판하는 세계적 과학저널인 '사이언티픽 리포트(Scientific Report)' 11월호에 게재됐다.

공동 제1저자인 강성찬 연구원은 “증착 속도 향상 외에도 상압 플라즈마 특성 제어를 통해서 증착 층 내 존재하는 탄소와 같은 불순물의 제어에도 효과적임을 추가적으로 밝혔으며, 이는 고순도 TiO2 증착 기술의 출발점이 될 수 있다”고 자신했다. 

또한 이 연구 기술은 진공장치나 가열부품과 같은 고가의 장비와 복잡한 공정이 필요했던 기존 연구에 비해 단순한 저온 상압 플라즈마 공정을 채택함으로써 시간과 비용을 크게 감소시켰다는 장점이 있으며, 미터 급으로 확장까지 가능해 산업화에 바로 적용할 수 있는 기술로 평가받고 있다.

/장은성 기자