최근 코넬 대학(Cornell University) 학제간 연구팀은 바이러스 크기 정도의 빛 방출 나노섬유(light-emitting nanofibers)인 마이크로 “나노램프”(microscopic "nanolamps”)를 제조하였다. 유기 물질 및 나노제조 전문가들과 공조한 연구진은 200 nm 폭의 합성 섬유로 제조된 가장 작은 유기 광방출 장치를 제조하였다. 본 장치의 잠재적 응용처는 점점 소형화 되어가는 유연성 전자 제품(flexible electronic products) 등을 들 수 있다.





전기방사 섬유의 모식도. 유기 장치는 오렌지색 빛을 방출함.


루테늄(ruthenium) 금속에 기초한 화합물로 제조된 섬유는 이들이 방출하는 빛의 파장보다도 작다. 이와 같은 국부적 빛 소스는 센싱, 현미경, 평판 디스플레이 등에 다양하게 이용될 수 있음이 이미 입증되었다. 전기방사(electrospinning)로 불리는 기술을 이용하여 연구진은 금속 착물인 루테늄 트리스-비피리딘(ruthenium tris-bipyridine)과 고분자인 산화 폴리에틸렌(polyethylene oxide)의 혼합물로부터 섬유를 뽑아내었다. 연구진은 마이크로 수준으로 패턴된 전극을 통한 낮은 전압으로 섬유가 전이되면 오렌지 색의 빛이 방출된다는 것을 발견하였다. 전기방사는 고분자, 세라믹과 같은 다양한 물질로부터 극박막의 섬유를 얻어낼 수 있는 간단하면서도 상당히 유용한 방법으로서, 직경이 균일한 나노섬유를 제조할 수 있으며(GTB2004120870), 용액의 농도에 따라 섬유, 구슬 등의 구조를 얻을 수도 있다(GTB2005050567, GTB2004091167).

매우 작은 전구를 상상해 보라. 이 전구를 이용하면 다른 방법으론 볼 수 없는 물체에 빛을 쪼일 수 있다고 코넬대 재료 공학과 부교수이자 유기물질의 대가인 조지 말리아라스(George Malliaras)는 말했다. 나노구조와 장치에 연구의 초점을 맞춘 나노바이오테크놀로지 센터(Nanobiotechnology Center)장이자 공학과 교수인 해럴드 크레이그헤드(Harold Craighead)는 전기방사 기술에 대한 전문적 의견을 제공하였다.

논문의 첫째 저자인 대학원생 호세 모란-미라발(Jose M. Moran-Mirabal)은 개발된 기술을 회전 테이블 위에 놓인 팬케이크에 시럽을 붓는 것으로 비유하였다. 시럽을 부음에 따라 평평한 팬케이크 위에는 나선형 패턴이 형성된다. 전기방사에서 이것은 마이크로 수준으로 패턴된 금 전극에 해당한다. 시럽은 용매에 용해된 금속 착물-고분자 혼합물에 비교된다. 마이크로 수준으로 제조된 팁과 매질간의 높은 전압을 통해 용액은 팁으로부터 튕겨나간다고 모란-미라발은 말했다. 용매가 증발됨에 따라, 섬유는 경화되어 매질에 고체 섬유를 남기게 된다.

과학자들은 전자소자를 축소시키려 하고 있기 때문에, 유기 광방출 장치에 많은 관심이 있다. 왜냐하면, 장치는 빛을 방출하는 유연성 패널을 제조할 수 있기 때문이라고 모란-미라발은 말했다. 유기 광방출 장치의 한 응용 예는 유연성 전자소자 내에 이를 집적하는 것이다. 또한 작은 광방출 소자는 간단한 제조법으로 구축될 수 있다. 실리콘에 에칭을 하는 기존의 고해상도 리소그래피와 비교해 전기방사는 특별한 제조장치도 필요치 않으며, 또한 제조도 간단하다고 그는 말했다.

현재 연구진의 관심은 본 물질이 매우 작은 광방출 섬유로 쉽게 제조될 수 있는지를 조사하는 것이다. 최종적인 관점에서 볼 때 본 물질의 성공 여부는 추가 공정 및 사용에서 어떠한 내구성을 나타내는가에 달려 있다.