한국섬유소재연구원

  • Home
  • Sitemap
  • Contact us
  • Eng Ver

산업기술정보

  • Home
  • >
  • 정보마당
  • >
  • 산업기술정보

나노입자들의 자기 조립으로 디바이스 제작 가능한 박막 제조
연구소 2012-05-01 5564

 

나노입자들의 자기 조립으로 디바이스 제작 가능한 박막 제조

 

로렌스 버클리 국립 연구소와 캘리포니아 버클리 대학의 연구진은 처음으로 나노입자들의 자기 조립으로 디바이스 제작 가능한 재료를 만들 수 있었다. 나노입자들을 블록 공중합체 초분자체로 나노입자들을 혼합하는 것에 기반한 비교적 쉽고 저렴한 기술을 통하여, 이들 연구진은 고도로 정렬된 1차원, 2차원 그리고 3차원 금 나노입자 어레이로 만들어진 다층 박막을 생산할 수 있었다. 이와 같은 박막은 컴퓨터 메모리 저장, 에너지 하베스팅, 에너지 저장, 원격 센서, 촉매, 조명 관리 및 새로운 프라즈몬 분야등을 포함하여 널리 응용될 수 있을 것이다.

 

이 연구를 수행한 폴리머 과학자인 Ting Xu는 그들이 박막에서 거시 거리상에서 단일 입자 정밀도로 나노입자들의 3차원적인 공간 정렬을 조절할 수 있는 유연한 초분자 방법을 시연하였다고 말하였다. 그들이 만든 금 박박은 웨이퍼 크기이지만, 그 기술은 더 큰 박막을 쉽게 만들 수 있으며 따라서 금 이외의 많은 다른 물질들의 나노입자에도 이용될 수 있다.

 

Xu는 버클리 연구소의 재료 과학 분과와 UC 버클리의 재료 공학과 화학과에서 연구를 수행하고 있다. 그녀는 “Nanoparticle Assemblies in Thin Films of Supramolecular Nanocomposites” 제목으로 나노 레터스(Nano Letters) 저널에 기고한 논문의 교신 저자이다. 나노 입자들은 독특한 광학적, 전기적 그리고 기계적 특성을 가진 인위적인 원자로 생각할 수 있다. 나노입자들이 단백질에서 자연이 하는 것과 비슷하게 복잡한 구조 및 패턴으로 스스로 조립될 수 있다면 오늘날 마이크로 기술이 대량 생산할 수 있는 것보다 수천배 더 작은 디바이스를 만들어 낼 수 있다.

 

Xu와 그녀의 연구 그룹은 지난 10년동안, 이런 목적을 위해서 연구하여 왔다. 올해 초, 연구에서 그들은 막대 모양의 반도체 나노결정을 유도하여 1차원, 2차원 그리고 심지어 3차원 매크로스코픽 구조를 만들 수 있었다. 이런 최신 방법을 박막에 적용하여, 그들은 확대 가능한 나노제조를 위해 적합하고 디바이스 제작에 필요한 물질 형태로 만들 수 있었다. DNA 링커와 조절된 솔벤트 증발을 이용하여 얻어진 것과 비슷한 2차원 나노입자 조립이 초분자 기반 나노혼합 박막의 다층에서 깨끗하게 얻어진 첫번째 결과라고 연구진은 말하였다. 연구진은 그들의 초분자 방법은 혼합 시스템의 구성 요소 어떤 것도 화학적으로 개정할 필요가 없다는 장점이 있다고 말하였다. 나노입자 기반 디바이스를 제작하는 방법을 제공하는 것은 또한 나노입자 구조와 특성 상관 관계를 연구하는 데 필요한 강력한 플랫폼을 제공하게 되는 것이라고 연구진은 덧붙였다.

 

Xu 와 그녀의 동료 연구진에 의해서 개발된 기술은 블록 공중합체 초분자의 용액을 이용하여 나노입자의 자체 조립을 유도하는 것이다. 초분자는 단일 분자 역할을 하는 분자 그룹으로써 특정한 목적의 기능을 수행할 수 있다. 블록 공중합체는 매크로스코픽 거리에 걸쳐 잘 정의된 나노 크기의 구조 어레이안으로 자체 조립될 수 있는 고유 기능을 가진 다른 형태의 단량체(monomer) 블록에 결합된 한 종류의 단량체 블록이다.

 

블록 공중합체 초분자는 자체 조립하고 수 나노미터에서 수십 나노미터크기의 마이크로 도메인 특징을 가진 다양한 형태를 형성한다고 연구진은 말하였다. 그것들의 크기가 나노입자와 상응하기 때문에 블록 공중 복합체 초분자의 마이크로 도메인은 나노입자의 자체 조립을 위한 이상적인 구조틀을 제공한다. 최근 연구에서 Xu와 동료 연구진은 금 나노입자들은 블록 공중합체 초분자 용액에 담궈 두께가 100 나노미터에서 200나노미터에 이르는 두께의 박막을 형성하게 하였다.

 

이 나노 혼합물 박막은 두 개의 가장 공통적인 형태인 층상(lamellar) 또는 원통형 중의 하나에서 마이크로 도메인 특성을 보인다. 층상 마이크로 도메인에서, 나노입자들은 표면에 평행한 다중층안에 쌓인 육각형으로 밀집된 2차원판을 형성하였다. 실린더형의 마이크로도메인에서, 나노입자들은 표면과 평행한 방향의 왜곡된 육각형 격자안에 밀집된 1차원 체인을 형성한다.

 

나노입자의 결합으로, 블록 공중합체 초분자들은 형태 변화를 경험하고, 나노입자들의 분포와 위치 뿐만 아니라 나노혼합 박막의 전반적인 형태를 결정하는 엔트로피가 형성된다고 연구진은 말하였다. 연구진은 그들의 결과가 블록 공중합체 마이크로도메인 안에서 나노입자들의 잘 정렬된 격자를 생성할 뿐만 아니라 정확한 구조 조절로 나노입자들의 3차원의 계층적 조립을 얻을 수 있다는 것을 암시한다고 말하였다.

 

1차원 체인과 2차원 판에서 금 나노입자들 사이의 입자들간의 간격은 각각 8과 10 나노미터였다. 이것은 빛이 극도로 좁은 공간안에 갇힌 현상인 플로즈몬과 관련되는 가능성을 제기하였다. 플라즈몬 기술은 초고속 컴퓨터 및 광학 현미경에 응용될 수 있는 큰 가능성을 가지고 있다. 그러나 플라즈몬을 개발하는데 어려운 점은 금과 같은 귀금속 나노입자로 메타물질을 제작하는 데 어려움이 있기 때문이다.

 

연구진은 그들의 금 박막이 1차원 체인과 2차원 판에서 입자간 공간을 따라 강한 플라즈몬 결합을 보여준다고 말하였다. 연구진은 따라서 이 박막을 차세대 전자 디바이스 및 광 디바이스를 위한 독특한 플라즈몬 특성을 조사하는 데 사용할 수 있을 것이라고 말하였다. 연구진은 또한 그들의 초분자 기술이 플라즈몬 메타물질을 제작하는데도 사용될 수 있을 것으로 내다보고 있다.

 

첨부그림: 버클리 연구소 과학자들은 비교적 간단하고 저렴한 기술로 자체 조립 나노입자들을 층상(왼쪽) 또는 실린더 형태의 즉시 이용할 수 있는 디바이스 박막으로 만들 수 있는 기술을 개발하였다.

 

출처 : http://phys.org/print254753196.html

 

그래핀과 결합된 3 차원 구조체
휴비스, '슈퍼 섬유'로 날개를 달다

목록보기