열선을 대체하는 은 나노시트

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-10-20
액체 유동을 모니터링할 수 있는 능력은 수많은 분야에서 중요하지만 현재의 방법은 취성을 가져서 작동 중에 쉽게 깨지는 ‘열선(hot wire)’을 사용한다. 워털루 대학(University of Waterloo)의 연구진은 이러한 열선을 대체할 수 있는 안정적인 은 나노시트를 합성할 수 있는 간단한 방법을 개발했다. 이 나노시트 장치는 저렴하고 고온, 전위, 기계적 힘에 강하다. “강력한 유량계에 적용할 수 있는 안정적인 나노시트의 합성 프로세스는 ‘혼합해서 펼친다.’로 간단하게 정의할 수 있다”고 워털루 대학의 첨단 재료 센터(Centre for Advanced Materials)의 Ehsan Marzbanrad가 말했다. 이번 연구진은 환원 용액으로 질산은을 혼합하고 알루미늄 산화물 기판 위에 생성된 나노시트를 펼침으로써 장치를 위한 은 나노시트를 제조했다. “이것은 매우 빠르다”고 Marzbanrad가 말했다. “이것은 상온에서 단지 1분 정도 걸리고 우리는 나노벨트, 다공성 나노시트, 나노박편, 구형 나노입자 등의 다양한 형상을 제조할 수 있다”고 Marzbanrad가 덧붙였다. 게다가, 나노입자는 은 표면의 가장 안정적인 결정성 방향인 (111) 면에 형성된다. 결과적으로, 그들은 열분해, 전자 이동, 기계적 진동을 견딜 수 있게 하는데, 이것은 그들이 1달러보다 더 저렴한 마이크로크기의 공기 유량 센서를 만드는 유망한 재료가 되게 한다. 나노시트 유량 센서는 현재 사용되는 열선과 동일한 원리로 작동된다. 장치에 부착된 히터는 센서 재료를 가열하고, 이전에 통과한 공기 또는 액체는 냉각된다. 이런 온도 변화는 열선처럼 재료의 전기적 반응으로 쉽게 검출된다. 나노시트와 그들을 지지하는 알루미늄 기판의 기계적 특성은 나노물질이 공기 유량에 의한 진동 하에서 파손되는 것을 방지한다. 나노시트는 용액 속에 서로 혼합된 육각형 및 삼각형 나노입자로서 제조된다. “삼각형 및 육각형 은 나노입자는 동일한 (111) 표면을 가지기 때문에 나에게 매우 흥미롭다”고 Marzbanrad가 말했다. 용액은 150℃의 상당히 낮은 온도에서 소결될 때도 나노입자 표면와 모서리에서 쉽게 합쳐지도록 폴리머 계면 활성제를 포함한다. “나노입자와 접촉할 때, 그들은 서로 합쳐질 것이다. 이것은 이런 재료의 흥미로운 특성이고, 우리는 이것에 매우 놀랐다”고 Marzbanrad가 말했다. 분자 역학 계산 결과와 실험적인 계산 결과를 비교한 이전 연구는 합성이 유량 센서를 위한 최적의 특성을 가진 나노시트를 제조하기 위해서 결합 프로세스에 대한 더 나은 이해를 제공한다는 것을 보여주었다. 이 프로세스는 산업계의 요구를 충족시키도록 확장될 수 있다. 혼합 매개변수를 제어하는 간단한 방법은 형성된 나노입자의 형상을 조절할 수 있다. 동일한 프로세스로 형성된 은 나노벨트는 납땜을 대체하는 전도성 접착제로서 현재 조사되고 있고, 이번 연구진은 은 나노시트가 압력, 과산화수소, 기타 분야에 적용될 수 있는 센서로서 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이라고 기대하고 있다. 이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Porous silver nanosheets: a novel sensing material for nanoscale and microscale airflow sensors”라는 제목으로 게재되었다(http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/26/44/445501). 그림. 우수한 표면 질감을 가진 나노시트. figure.jpg http://nanotechweb.org/cws/article/tech/62917