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금속-반도체 나노복합재료의 다양한 광 기능

전문가 제언: ○ 금속 중에는 미립자화 하면 동이란 금속을 이용하여도 색상을 변화시킬 수 있다. 금 나노입자를 이용하여 적·황·자색 등의 착색이 가능하다. 귀금속 나노입자는 특정파장의 가시광과 공명하여 표면의 전자가 집단으로 진동을 하는 플라스몬(plasmon) 공명을 일으킨다. 공명파장은 금속의 종류나 입자의 크기, 형상, 입자간 거리, 굴절률에 따라 변하며 이것을 조절하면 다양한 색을 얻을 수 있다.

○ 일반적으로 광촉매로 이용되는 산화티타늄(TiO2) 등의 n형 반도체의 나노기공막과 귀금속을 이용하면 나노복합재료를 만들 수 있다. 여기에 자외선(UV)을 조사하면 산화티타늄의 여기전자에 의하여 귀금속 이온이 환원되며, 반도체 표면이나 나노기공 내에 귀금속 나노입자가 석출한다. 이러한 방법으로 Au, Ag, Pt, Pd 등의 귀금속과 산화티타늄의 나노복합재료를 용이하게 제조할 수 있다.

○ 최근 금속 나노입자와 n형 금속산화물 반도체를 조합한 복합재료에 광을 조사하면 광유기전하분리(光誘起電荷分離)가 발생하며 이를 이용하면 에너지변한, 정보교환·기록 등 여러 가지 기능을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.

○ 이를 응용하면 태양전지, 광촉매, 여러 가지 색을 내는 포토크로믹 재료, 광변형 재료 등에 이용할 수 있을 것으로 보고 있다.

○ 여러 가지 재료를 이용한 나노입자 복합재료는 소재의 조성변화 없이도 새로운 기능을 창출할 수 있어 많은 재료 연구 분야에서 광범위하게 적용될 가능성이 있다. 그러나 나노입자 활용은 상업화를 위한 기술개발 보다는 기본기술 및 새로운 특성을 개발하기 위한 연구단계로 판단된다.

○ 국내에서도 나노기술에 관한 연구·투자가 본격적으로 수행되고 있고, 특히 광재료 분야는 이제 대학에서도 새로운 과목으로 채택되는 등 관심이 높아지고 있으나 향후 많은 노력이 필요하다고 본다.

저자: Tetsu Tatsuma
자료유형: 학술정보