금 나노막대의 불안정성에 대한 새로운 연구결과

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-16

호주 스윈번 공과대학(Swinburne University of Technology)의 연구진은 금 나노입자 속의 불안정성에 대한 새로운 연구결과를 발표했다. 이 연구결과는 미래 기술에 금 나노입자를 적용하는데 중요하게 적용될 수 있을 것이다. 금 나노막대는 태양 전지, 암 치료, 광학 회로 등과 같은 차세대 분야에 적용할 수 있는 중요한 빌딩 블록이다. 그러나 그들의 안정성은 녹는점 이하에서 발생하는 특유의 형상의 재편 특성 때문에 의문시되고 있다. 플라즈몬 금 나노막대의 불안정성과 융점 이하에서의 형상의 재편 반응은 차세대 적용에 중요하지만 아직 완전히 이해되지 못했다. 이번 연구진은 펨토세컨드 레이저 펄스로 주사했을 때 금 나노막대의 광열적인 형상의 재편 특성을 체계적으로 조사했다. 불안정성은 굴곡으로 유도된 표면 확산에 의해서 발생되고, 안정성은 가로세로비의 증가에 따라서 급격하게 감소했다. 이번 연구진은 표면 확산을 위한 활성화 에너지가 5의 가로세로비의 경우에 0.6eV를 가지고 3 이하의 가로세로비의 경우에 1.5eV를 가진다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 표면 원자들이 더 작은 가로세로비를 가진 막대보다 더 큰 가로세로비를 가진 막대에서 훨씬 더 쉽게 확산될 수 있다는 것을 나타낸다. 또한 모든 주어진 온도에서 형상의 재편 반응을 유도할 수 있다는 것을 보여준다. 고체는 융점 또는 표면 융점에 도달하지 않으면 형상이 변하지 않는다. 또한 나노입자의 융점은 그들의 크기 때문에 억제된다고 알려져 있다. 이번 연구팀은 형상의 재편 현상이 융점 이하에서 발생하는 이유를 밝혀내었다. 지금까지, 어떤 사람도 이런 이상한 반응을 설명한 적이 없었다. “이 연구에서, 우리는 융점 이하의 나노입자의 경우에 형상의 재편 메커니즘이 용융이 아니라 표면 원자의 확산 때문에 발생한다는 것을 이론적 및 실험적으로 발견했다”고 Taylor가 말했다. 표면 원자 확산은 고체 재료 표면의 분자 운동에 의해서 발생되는 프로세스이다. 즉, 입자들은 표면 위의 인접한 흡수 장소 사이를 점프한다고 알려져 있다. “표면 원자 확산은 벌크 고체에서 항상 존재하지만, 이것은 이런 효과가 나노크기에서 향상된다는 최초의 증거이다. 이것은 용융의 전통적인 이론을 통해서 지배된다”고 이 연구를 이끌었던 James Chon 조교수가 말했다. 이번 연구진은 나노입자가 더 미세한 형상을 가질수록 그들은 덜 안정적이라고 말했다. “이것은 이런 나노입자가 더 바늘과 같은 형상을 가질수록 그들은 덜 안정적인 상태가 되기 때문에 태양 패널 제조업체에 중요하다. 즉, 당신이 태양광을 집중시키기 위해서 태양 패널 속에 이런 입자들을 넣는다면, 그들은 오랫동안 지속되지 않고 분해된다”고 Taylor가 말했다. “이 연구결과는 그들을 태양 전지, 암 치료제, 광학 회로에 적용할 때 그들의 안정성을 재고할 필요가 있기 때문에 금 나노막대의 향후 적용이 중요한 영향을 끼칠 수 있을 것”이라고 Taylor가 덧붙였다.  이 연구는 ARC Discovery and Future Fellowship Grant로부터 자금을 지원받았고, 저널 ACS Nano에 “Below Melting Point Photothermal Reshaping of Single Gold Nanorods Driven by Surface Diffusion”이라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nn5055283). 이번 연구진은 2014년 12월 10일에 캔버라에서 열리는 Australian Institute of Physics conference에 이 연구결과를 발표하였다. 그림. 융점 이하의 온도에서 형상의 재편 형상을 보이는 나노막대. noname011.bmp http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38366.php