멸균효과 뛰어난 전자 조사 장치 개발
구조가 간단하고 크기도 작은 탄소나노튜브를 전자빔 소스로 활용하는 산업용 100keV 전자빔 조사장치
이 조사장치는 기존 전자빔 조사장치와는 달리 탄소나노튜브(CNT)의 전계방출(Field Emission) 효과를 이용하기 때문에 구조가 간단하고 크기도 소형인데다 전자빔 조사선폭도 제한이 없이 늘릴 수 있다는 것이 장점이다.
보통 전자빔 조사장치는 음극에 고전압을 걸어 가열시킨 뒤 나오는 전자를 전자석으로 가속해 주사하는 방식을 쓰는데 이 경우 전원장치가 복잡해지고 전체 시스템 구조도 커지며 조사 선폭도 600㎜이하로 제한된다.
이 박사팀은 티타늄을 코팅한 알루미늄 막대 표면에 이중벽 탄소나노튜브(DWNT)를 수백차례 분무한뒤 열처리하는 방식으로 전자빔 소스인 음극 재료봉을 만들어 냈다. 이 음극재료를 만들면 고전압을 걸었을 때 수십 ㎚크기로 돌출돼있는 탄소나노튜브에 전기장이 집중돼 물질속의 전자가 튀어나오는 전계방출 효과가 발생하기 때문에 손쉽게 전자빔을 얻는다. 또 봉의 길이만 늘리면 손쉽게 조사선폭도 확장할 수 있다.
실제로 이박사팀이 만든 100keV급 소형 전자빔 조사장치의 경우 원통형 파이프처럼 생긴 간단한 구조이고 크기도 직경 15㎝에 길이가 60㎝ 정도로 소형이다. 보통 전자빔 조사기술은 에너지 밀도에 따라 응용분야가 달라지는데 300keV이하의 저에너지 전자빔 조사장치는 재료의 표면 개질(改質)이나 멸균처리·신소재 개발·환경정화 등에 쓸 수 있다. 이는 에너지 밀도가 낮아 조사했을 경우 표면에서 100㎛ 깊이 까지만 전자빔 에너지가 닿기 때문이다. 저에너지 전자빔 조사장치 시장은 최근 크게 확대되는 추세다.
새집증후군을 유발하는 포름알데히드나 휘발성유기화합물(VOC)가 들어있는 도료에 전자빔을 조사하면 이같은 유해물질이 제거되므로 도료 경화나 주택용 내장재 처리에 활용할 수 있다.
또 곡물 멸균에 쓰면 단백질을 파괴하지 않고 표면에 있는 잔류농약성분을 제거할 수 있으며 1회용 의료용구 멸균에도 사용가능하다. 실제로 일본 호기메디칼은 암유발과 잔류독성이 문제가 돼 사용이 금지되고 있는 에틸렌 옥사이드 가스를 1회용 의료기기 살균에 쓰는 대신 생산라인 맨 끝에 전자빔 조사장치를 설치해놓고 전자빔을 조사해 멸균처리하고 있다. 이밖에도 가정용 랩에 전자빔을 조사하면 부착성이 좋아지고 환경호르몬을 제거할 수 있다.
이박사팀은 현재 전자빔 조사장치에서 나오는 전자빔이 균질하게 나오도록 탄소나노튜브를 음극봉에 일정하게 배열시키는 보완 연구를 진행중이다. 이병철 박사는 “조사장치 중 핵심인 탄소나노튜브를 활용한 전자빔 소스를 개발했기 때문에 활용분야별로 특화된 시스템을 만드는데는 큰 어려움이 없다.”고 밝혔다.
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이병철 박사 042-868-8378
