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탄소 나노섬유를 균일하게 배열할 수 있는 효율적인 방법
 탄소 나노섬유는 이미지 관찰 장치에서부터 과학적 정밀 측정 장치까지 다양한 분야에 유망하게 적용될 수 있지만 원하는 크기의 나노섬유를 균일하게 생성시키는데 시간과 비용이 많이 든다. 노스 캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University)의 연구팀은 특정 크기의 탄소 나노섬유를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했고, 이 방법의 생성 메커니즘을 제안했다.
탄소 나노섬유는 많은 곳에 잠재적인 적용을 가지지만 그들의 활용은 그들의 지름에 영향을 받고 나노섬유의 지름을 제어하는 것도 비용과 시간이 많이 소모되었다고 노스 캐롤라이나 주립대학의 재료 공학과 조교수인 Anatoli Melechko 박사가 말했다. 이번 연구진은 손쉽게 이런 탄소 나노섬유를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 또한 연구진은 리간드로 코팅된 니켈 나노입자가 균일한 지름으로 탄소 나노섬유가 성장하는데 사용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 리간드는 금속과 직접적으로 결합할 수 있는 기능기를 가진 작은 유기 분자이다. 니켈 나노입자는 고온에서 탄소 나노섬유를 성장시키는 촉매로 사용할 수 있기 때문에 특히 흥미롭다.
연구진이 알게 된 것은 트리옥탈포스핀(trioctylphosphine)으로 구성된 리간드 쉘(ligand shell)이 고온에서 화학적 변화를 일으키고 이것이 점차적으로 흑연 같은 쉘로 변화된다는 것이라고 연구진은 말했다. 이런 `흑연‘ 쉘은 니켈 나노입자가 높은 온도에서 서로 덩어리지는 것을 예방할 수 있는데, 이런 집적되는 현상은 그동안 나노입자를 고온 적용할 수 없게 만들었다.
나노섬유를 성장시키는데 나노입자를 사용하는 것은 매우 유용하다. 이것은 나노입자가 섬유로 성장할 때 동일한 지름을 가지는 경향을 가지기 때문이다. 지름이 20 나노미터인 나노섬유가 필요하다면, 촉매로서 지름이 20 nm인 나노입자를 사용하면 된다. 이 연구결과는 나노입자의 지름을 조절하는 것이 왜 중요한지를 보여주고 있다. 나노입자가 고온에서 서로 덩어리지기 시작한다면, 서로 다른 크기의 매우 큰 나노섬유가 성장하게 된다. 이 연구는 니켈 나노입자, 리간드와 탄소 나노섬유 중합 간의 상호관계에 대한 더 나은 이해를 할 수 있게 한다.
나노섬유를 성장시키기 위해서 나노입자를 사용하는 것에는 또 다른 장점이 있다. 이것은 나노섬유가 성장하는 곳과 정렬하는 방법을 정의할 수 있다는 것이다. 특정 패턴을 가진 나노섬유를 성장시킬 필요가 있다면, 섬유를 성장시키기 전에 이런 패턴으로 나노입자를 정렬하면 된다.
이 연구결과는 저널 ACS Applied Materials &Interfaces에 'Effects of Ligand Monolayers on Catalytic Nickel Nanoparticles for Synthesizing Vertically Aligned Carbon Nanofibers' 라는 제목으로 게재되었다.
그림. 니켈 나노입자 촉매에서 성장된 탄소 나노섬유의 이미지. (왼쪽) 리간드를 제거하지 않는 경우, (오른쪽) 나노섬유 성장 전에 나노입자로부터 리간드를 제거한 후. 리간드를 가진 나노입자로부터 성장된 나노섬유는 더 균일한 지름과 분산을 가지게 한다.
출처 : http://www.physorg.com/news/2011-03-efficient-carbon-nanofibers.html
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