| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-16 |
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 비스무스 나노와이어(bismuth nanowire)는 전자 및 에너지 수확 분야에 활용할 수 있는 흥미로운 특징을 가지고 있다. 하지만, 대량으로 고품질 비스무스 나노와이어를 생산한다는 것은 어려운 문제이다. 브룩헤이븐 국립연구소 산하 기능성 나노물질연구소(Center for Functional Nanomaterials)에서는 중간층에 바나듐(vanadium)이 존재할 때 유리, 실리콘 및 금속을 포함한 임의의 기질 상에 단결정 나노와이어를 성장시킬 수 있는 새로운 기술을 개발하였다("Surface-energy induced formation of single crystalline bismuth nanowires over vanadium thin film at room temperature"). 이 기술의 단순함과 메커니즘의 보편성은 다양한 재료에 나노와이어 어레이(nanowire array)를 성장시키는 새로운 길을 개척하였다. 본 연구가 왜 중요한가? 본 연구는 단결정성 비스무스 나노와이어를 70%가 넘는 높은 수율로 합성한 첫 사례로, 단결정성 비스무스 나노와이어는 잠재적으로 활용할만한 가치가 있는 흥미로운 열전 특성을 가지고 있다. 본 기술은 비스무스 나노와이어를 다량으로 생산할 수 있으며, 나노와이어를 성장시키는 기질의 크기에 의해서만 제약을 받는다. 비스무스 나노와이어는 기질의 온도를 다양하게 함으로써 손쉽게 다양한 크기(차원)로 제조할 수 있다. 게다가 다른 제조기법과는 달리, 이 새로운 기술은 나노와이어의 생산을 촉진하기 위한 촉매를 사용하지 않기 때문에 불가피한 오염을 피할 수 있고 고품질의 제품을 제조할 수 있다. 그림 1> 기질의 온도를 변화시킴으로써, 비스무스 나노와이어의 두께(60∼400 nm)와 길이(1∼ 100 mm이상)를 다양한 범위로 각각 변화시킬 수 있다. 그림 2> (a) 비스무스 나노와이어 합성을 위한 실험장치. (b) 나노와이어 어레이의 형성을 보여주는 주사전자현미경 사진 (삽입그림) Dark-field STEM 영상 및 전자회절 패턴은 각각 나노와이어가 평활한 표면을 가지고 있으며 단결정 상태라는 것을 나타낸다. (c) 비스무스 나노와이어의 성장은 침착된 비스무스가 바나듐 필름으로 침윤되어 들어가면서 시작된다. 그 다음, 표면장력이 완화되어 얇은 필름에서 비스무스가 추가적인 성장을 위한 핵으로 작용할 수 있도록 해 준다. 마지막으로, 연속적이고 반복적인 비스무스의 침착과 배출은 면 외로(out-of-plane) 비스무스 나노와이어를 더욱 성장시킨다. 그림 3> 서로 다른 온도에서 바다듐 필름 기질에 침착시켜 성장시킨 비스무스의 형태. (a) 348K, (b) 323K, (c) 285K 및 (d) 273K. (a) ∼ (c) 의 그림을 보면, 기질의 온도가 높을수록 나노와이어가 더 길고 두껍게 형성되는 것을 알 수 있다. 그러나 침착된 비스무스는 (d)처럼 273K의 온도에서는 바나듐 필름 상에 입자성의 편평한 필름을 형성한다. Source: Brookhaven National Laboratory | |
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