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분자를 초월한 나노입자의 자기조립

전문가 제언: ○ 분자를 공유결합과 같은 비가역적인 결합이 아니고 수소결합과 같이 약하고 교환 가능한 힘에 의하여 Self-Assembly(자기조립)시킨 분자집합체의 화학은 초분자화학으로서 널리 발전되어 왔다. 이 자기조립의 개념은 요즈음 분자뿐만이 아니고 나노입자의 집합화에 있어서도 중요하게 되어 있다. 나노입자는 집합하는 것으로 단체와는 다른 광학, 전기, 자기적 특성을 발현하는 것으로 알려져 있다.

○ 고분자 나노입자 복합재료의 강도는 비교적 낮은 함량의 나노미터 크기의 무기 나노입자의 첨가로 크게 보강할 수 있기 때문에 무기 나노입자는 충전재로 널리 사용되고 있다. 실리카나 티타니아와 같은 점토나 산화금속 또는 탄소나노입자가 첨가된 대부분의 고분자 복합재료는 기계적 성질 특히 탄성 모듈러스가 크게 증가된다. 그러나 이들의 나노입자를 첨가한 복합재료에서는 강인성의 증가효과가 그다지 높지 않으며 내구성에 문제점이 있기 때문에 이들은 자동차나 전자제품의 부품재료로 거의 사용되지 않는다.

○ 이것은 보강제의 유연성이 부족하기 때문이며 이것을 해결하기 위해서 긴 사슬을 가지는 알킬에스테르와 같은 가소제를 첨가하기도 한다. 그러나 가소제의 첨가는 복합재료의 파단강도를 감소시킨다. 따라서 파단강도와 강인성이 높은 고분자 복합재료를 얻기 위해서는 강성이 높은 코어부분과 유연성을 가지는 다상의 나노입자 보강재를 개발할 필요가 있는데 실리콘 알콕사이드와 같은 유기금속화합물을 가수분해와 축합반응을 통해서 금속산화물의 나노입자를 얻을 수 있다는 사실이 보고되었다. 그러나 합성과정이 너무나 복잡해 실용화에는 이르지 못했다.

○ 현재는 나노입자의 합성·조정법과 함께 이들의 나노입자를 어떻게 자유자재로 배열시킬까가 나노사이언스에 있어서 중요한 테마로 되어 있다. 따라서 기대되고 있는 것이 나노입자의 자기조립에 의한 배열화 기술이다. 하향식 기술에 필요한 커다란 장치 등이 불필요하기 때문에 코스트 면에서 장점이 있고 다양한 구조체를 보다 큰 스케일로 구축시킬 가능성도 확대되고 있다.

저자: Niikura Kenichi, Ijiro Kunihara
자료유형: 학술정보