촉매를 이용하지 않고 나노물질들을 만들어내는 방법의 개발

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-04-27

위스콘신대학교 매디슨캠퍼스(University of Wisconsin-Madison)의 연구자들이 최근 재생 에너지와 다른 기술적인 응용을 위해 필요한 나노튜브, 나노와이어, 그리고 나노막대 등의 성장을 조절하는 것과 관련하여 중요한 연구 성과를 보고했다. 이들 나노크리스털 구조의 물질들, 혹은 나노튜브들은 특별한 화학적, 물리학적 구조를 가지고 있어서 태양에너지의 패널이나, 고 에너지 밀도 배터리(high energy density batteries), 혹은 보다 나은 전자기구를 제작하는데 이용된다. 그러나, Science지의 4월 23일 판에 실린 논문에서, 위스콘신대 연구진은 이러한 물질들의 생성은 종종 잘 이해되지 못하고 있다고 기술했다. 특히, 촉매없이 때때로 일차원 크리스털(one-dimensional (1D) crystals)들이 어떻게 성장하느냐의 문제가 특별한 종류의 응용을 위해 나노물질들을 대량으로 생산해야 하는 과학자들이나 엔지니어들에 있어 큰 문제가 되어 왔다. 나노재료로서 일반적인 반도체에서 널리 사용되는 산화아연(zinc oxide)과 함께 반응시킴으로서 이 대학의 화학과 조교수인 Song Jin과 동료 연구자들은 나노튜브가 변형에너지(strain energy)와 그들의 성장을 이끄는 나선전위(screw dislocations)에 의해 형성될 수 있음을 보임으로써 이 문제에 관한 새로운 견해를 선보였다. 그림: 나선전위(screw dislocations)에 의한 나노튜브의 형성을 보여주는 그림 나선전위(screw dislocations)는 빠른 일차원 크리스털의 형성을 유도할 수 있는 나사 혹은 나선계단(helical staircase)으로 생각될 수 있는 일종의 크리스털 물질에 있는 결점으로 지적되어 온 것이다. 이와 관련하여 Jin은 나선전위(screw dislocations)로 유도되는 나노물질에서의 변형에너지(strain energy)가 그 물질이 이어 있는지 혹은 고체로 존재하는 지를 결정한다. 변형에너지(strain energy)가 충분하고 나노구조가 거기에 미치는 압력과 변형을 경감할 수 있을 때 튜브는 형성되게 된다고 말했다. Jin과 동료 연구자들은 액상에서 이용하는 많은 양의 나노튜브의 빌딩블럭(building blocks)을 주의깊게 조절함으로써 전위에 의해 유도되는 성장의 가능성을 조사했다. 특히, 연구팀은 전위에 의해 유도되는 성장의 가능성을 입증하기 위해 아연 염을 지닌 물을 과도한 상태로 포화시키고 고체 형태의 나노와이어와 빈 형태의 나노튜브의 생성을 관찰했다. 이 메커니즘은 그것이 촉매나 나노튜브를 성장시키기 위한 주형을 필요로 하지 않고 그것과 관련되어 있는 전위나 변형에너지에 의존한다는 점에서 이전의 성장 전략과 다르다. 촉매는 일반적으로 금과 같은 또다른 금속 나노입자이며 성장 과정에서 첨가되어 일차원적인 성장을 돕는 역할을 수행한다. 촉매없이 물을 기반으로 하는 액상에서 많은 양의 나노튜브나 나노와이어를 성장시키는 것은 매우 비용 효과적이다. “이 기술은 촉매없는 일차원 나노재료의 저렴한 대규모 생산을 위한 개발의 장을 열 것이다.”라고 Jin은 말했다. id15941.jpg 출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=15941.php