순수한 셀레늄 나노입자를 만드는 레이저 펄스

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-09

텍사스 대학의 샌안토니오 캠퍼스(University of Texas at San Antonio)와 노스이스턴 대학(Northeastern University)의 연구진은 레이저 빔으로 물속의 셀레늄 분말의 샘플을 폭발시킴으로써 순수한 셀레늄 양자점과 나노입자를 합성하는데 성공했다. 나노구조들은 태양전지 속의 광자 수집기와 항세균제로서 사용될 수 있을 것이다. 이번 연구진은 액체 펄스 레이저 박리(pulsed laser ablation in liquids, PLAL)라고 불리는 기술을 사용했는데, 이것은 표적(이 경우에는 셀레늄 분말)에 펄스 레이저 빔을 발사한다. “우리의 방법은 위험한 용매를 사용하지 않고 단지 물만을 포함하기 때문에 청정하고, 많은 습식 화학 프로세스에서 종종 발생하는 독성 첨가물 또는 부산물을 포함하지 않는다”고 Guisbiers가 설명했다. “이것은 진공 챔버 또는 클린 룸을 필요로 하지 않기 때문에 저렴하고 손쉽다. 모든 것은 물을 포함하는 비커에서 이루어진다”고 Guisbiers가 말했다. 제조된 순수한 나노입자들은 용액 속에서 직접 합성되기 때문에 수집하고 저장하기가 쉽다. 이것은 셀레늄 양자점이 PLAL로 자외선 및 가시광선 파장에서 합성된 최초의 사례이다. 이런 파장은 근적외선과 비교했을 때 더 나은 입자 크기 감소를 가질 수 있기 때문에 특히 흥미롭다. 이 방법은 열적으로 제거하는 것이 아니라 광-파편으로 제거하기 때문에 더 나은 입자 크기 감소를 이룰 수 있었다. 이번 연구진은 나노입자의 결정성이 그들의 크기에 달려 있다는 것을 증명했다. 즉, 가장 작은 입자들은 결정성을 가지지만 가장 큰 것은 비정질이다. 셀레늄 나노입자는 항균 특성을 가지고 심지어 항암 특성도 가지지만, 그들을 생물학적 분야에 이용하기 위해서는 표면 오염물질이 없어야 한다. 이것은 과거에 달성하기가 어렵다는 것이 증명되었다. 셀레늄은 체내에 존재하기 때문에 생체 적합성을 가진다. 이번 연구팀은 E. coli 위에 나노입자들을 테스트했고, 그들이 서로 다른 유형의 박테리아를 죽이는데 효율적인지를 조사하고 있다. “우리는 메티실린(methicillin)에 내성을 가진 황색포도상 구균(Staphylococcus aureus)과 같이 병원성 질병을 불러오는 다른 박테리아에 특히 흥미를 가지고 있다”고 Guisbiers가 말했다. “박테리아는 기존의 항체에 점점 더 내성을 가지기 때문에 미국에서만 매년 약 100,000명의 사망자가 발생하고 있다. 게다가, 이런 슈퍼-세균은 전 세계적으로 확산되고 있는데, 이것은 주요 국제 건강 문제를 발생시킬 수 있다”고 Guisbiers가 덧붙였다.  이번 연구진은 제 3 세대 태양전지를 만드는데 순수한 셀레늄 양자점을 결합시키려고 노력하고 있다. “실제로, 소자가 p-형 반도체이기 때문에, n-형 반도체와 결합될 때, 우리는 나노크기에서 p-n 접합(모든 현대 전자장치의 빌딩 블록)을 만들 수 있었다”고 Guisbiers가 말해다. 이 연구결과는 저널 Laser Physics Letters에 게재되었다. 그림 1. 텍사스 대학의 샌안토니오 캠퍼스의 연구진. 그림 2. 노스이스턴 대학의 연구진. pic1.jpg pic2.jpg http://nanotechweb.org/cws/article/tech/59471