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수요에 대응하는 나노물질의 디자인
복합재란 말 그대로 종류가 다른 재료를 짝지우는 것으로서, 단독의 재료로는 얻을 수 없는 특성을 지니게 한 것이다. 전통적인 복합재에는 하키스틱이나 선박 선체의 강도를 높이기 위한 유리섬유에다 플라스틱 섬유 직물을 혼합한 것 등이 있다. 유리섬유와 다른 마이크로 규모의 재료를 기반으로 한 잘 알려진 복합재에 대한 기술과 달리 나노 규모의 복합재를 만드는 것에 대한 기술은 아직 일반적이지 못하다.
이번에 버클리 분자공학 연구진들이 캘리포니아대학 연구진들과 공동으로 리간드(ligand)라고 불리는 짧은 유기물 분자로 코팅된 나노로드(nanorod)와 나노크리스탈을 배열하여 원하는 특성을 가진 나노 복합물질을 개발에 성공하였다. 이번 결과로 얻어진 리간드는 황화구리(copper sulfide)와 같은 금속 찰코게니드(metal chalcogenides)의 클러스트를 대체 할 수 있다. 이번 실험을 통해 나노크리스탈이나 나로로드와 연결된 클러스트들을 통해 안정된 나노복합물질을 만들 수 있게 되었다. 연구진들은 20여 개의 서로 다른 복합물질에 이러한 방식을 적용하였다. 열전물질(thermoelectric materials)을 만들기 위한 목적의 촘촘하게 차인 나노크리스탈 구체나, 태양전지를 위한 수직적으로 정렬된 나노로드 등에 적용하였다.
그림. TEM(transmission electron microscope, 투과형 전자 현미경)을 통한 (a) 황화카드뮴(cadmium sulfide)의 나노로드 어레이와 (b) 황화카드뮴과 황화구리 찰코게니드 복잡재의 이미지. 복합재에서는 나노입자의 규칙성은 보이지만 입자간의 공간은 줄어 들었다.
이번 연구의 책임자인 Delia Milliron 박사는 “우리는 이제 막, 나노 규모의 복합재료가 어떻게 전기적 특성 및 효과적인 에너지 기술들에 대한 새로운 가능성을 열 수 있는지에 대해 이해를 시작할 수 있게 되었다.” 라고 말했다. 무기물 나노복합재의 제조에 대한 이번의 새로운 공정은 성분을 조율하거나 형태를 조정할 수 있는, 지금까지 알려지지 않은 새로운 능력을 보여주고 있다.
연구원들은 이번 연구를 통해 배터리 전극이나, 태양광발전소자, 전자 데이터 저장매체 등과 같은 재료를 포함해서 다양한 분야에 응용될 수 있는 나노복합재료의 합성에 대한 기반을 닦게 되었으며, 여러 기술적인 수요에 대응할 수 있는 나노복합재의 가능성을 열게 되었다.
이번 연구의 큰 성과는 단지 여러 기술적인 수요에 대응할 수 있는 복합재의 유연성을 높인것 뿐만 아니라 어떤 특별한 장치의 추가 없이 다양한 기본물질이 사용 가능한 확장성있는 공정 구현을 가능하게 한 것이다. 이번 결과는 “Modular inorganic nanocomposites by conversion of nanocrystal superlattices,”라는 제목으로 Angewandte Chemie International Edition 지에 게재되었다.(DOI 10.1002/anie.200906642 )
※출처: 『글로벌동향브리핑(GTB)』
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