이번 장치는 탄소나노튜브가 고밀도로 수직배향된 탄소나노튜브 필름을 전자방출원으로 사용하는 독창적인 아이디어를 적용하여 기존 냉음극 엑스선 튜브에 10~100배 이상의 높은 전자방출전류와 균일한 분포를 갖는 고밀도 엑스선 선량을 방출할 수 있고, 배터리를 사용해 장치를 구동할 수 있기 때문에 휴대형 또는 이동형 엑스레이 장치를 만들 수 있는 장점이 있다.
“냉음극 X선 튜브 구조와 제작방법은 우리가 가진 특별한 기술”이라며 “X선 튜브의 성능도 여타 유사한 냉음극 엑스선 튜브에 비하여 매우 높은 성능을 나타내고 있어 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있고, 의료진단용 장치부터 의료치료용 장치에도 적용되는 등 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되는 만큼 응용기술개발에 힘쓰겠다.”
㈜루미나엑스(대표 이현제, 이철진)가 개발한 ‘냉음극 엑스선(X선) 튜브’는 탄소나노튜브 필름기반의 냉음극 X선 튜브다. 기존의 열음극 X선 튜브에 비해서 빠른 동작속도, 저전력 소모, 높은 해상도, 디지털 동작 등의 특징을 가진다. 또한 기존 냉음극 X선 튜브에 비해 10~100배 이상 높은 전자방출전류를 얻을 수 있어 고밀도이면서도 균일한 X선 선량 구현이 가능하다
탄소나노튜브를 사용하는 냉음극 X선 튜브는 X선 발생기술과 응용기술을 근본부터 뒤흔들 수 있는 혁신적이고 뛰어난 신기술이다. 기존의 열음극 X선 튜브에 비해 작동 속도가 빠르고, 엑스선 피폭량을 줄일 수 있으며 디지털 작동이 가능하고, 전력 소모가 매우 적으면서 X선 해상도가 높다는 특징을 가진다.
엑스선을 활용한 의료영상을 찍을 때 기존 핵심 부품인 텅스텐 필라멘트 기반의 엑스선 장치 대비 방사선 노출량을 30%가량 줄이고 엑스레이를 이동형 장치로 만들 수 있는, 냉음극 엑스선 튜브기반 장치의 상용화 핵심 기술을 개발했다.
“미국 일본 등과 기술 격차가 커 한국은 X선 튜브 시장에 새롭게 진입하기 어려웠다”며 “이 때문에 소재 자체를 근본적으로 바꾼 차세대 X선 튜브를 고민했다”고 말했다. 국내 기술 경쟁력이 있는 그래핀과 탄소나노튜브를 활용한 X선 튜브 개발에 나선 것이다.
이 교수는 컴퓨터단층촬영(CT) 등 의료와 보안, 비파괴 검사 등에 널리 쓰이는 X선 장비의 핵심 부품인 ‘X선 튜브’를 대체할 차세대 X선 튜브(그래핀-탄소나노튜브 기반 냉음극 X선 튜브)를 21년간의 외길 연구 끝에 세계 최초로 개발했다.
간단하게 고품질 이중벽 탄소나노튜브를 높은 수율로 대량합성방법을 개발하였고, 또 기존과는 다른 방법으로 고품질 단일벽 탄소나노튜브를 저가격에 대량 합성하는 방법도 개발했다.
“우리는 그 어느 나라 과학자도 하지 못한 탄소나노튜브의 대량합성 기술을 확보했습니다. 그 기술은 세계 최고 수준이라고 감히 생각합니다. 이제 과학자들은 탄소나노튜브의 정제·분산·기능화 연구에 초점을 맞춰야할 시기입니다.”