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ZnS 나노구조 어레이의 합성 및 응용

전문가 제언: ○ ZnS(황화아연)는 자연에 존재하는 아연의 주된 형태이다. 광물은 불순물에 의해 검게 보이지만 순수한 재료는 흰색을 나타낸다. ZnS는 주로 두 가지의 결정형태로 존재하는데 Zn과 S의 배위형태(coordination geometry)는 4면체이다. 보다 안정된 등축정계는 섬아연석(sphalerite)이라하며 육방정계는 섬유아연석(wurtzite)이라 한다.

○ 밀집된 합성형태에서 ZnS는 투명하며 유리창이나 적외선 광학소자에 사용된다. ZnS는 소량의 구리나 망간 등의 활성제를 첨가하여 형광체로 활용되며 황산바륨과의 혼합물 리토폰(lithopone)은 백색안료로 널리 이용된다. ZnS는 직접 천이형의 넓은 띠 간격(direct wide-bandgap)을 가진 전형적인 II-VI족 진성반도체로 수송특성, 열적안정성, 전자이동도 등이 우수하여 전계방출소자, 비선형 광소자, 발광다이오드, 평판디스플레이, 생체응용 등에 널리 활용된다.

○ 본고에서는 ZnS를 이용한 나노구조 어레이의 특성, 합성방법 및 응용에 대해 기술한다. ZnS를 이용하여 나노와이어 어레이, 나노튜브 어레이, 나노?트 어레이, 나노막대 어레이, 코어/셸, 이종구조 등 다양한 나노구조 어레이를 합성할 수 있다. 합성방법에는 주형 기반 성장, 에피텍셜 성장, 다른 나노구조로부터의 변환, 열증착, 증발-응축법, 수열법, 용매열법, 플라즈마 금속유기화학기상증착(MOCVD), 기체-액체-고체(VLS) 및 기체-고체(VS) 공정 등이 있다.

○ 국내의 경우 2003년 이후 ZnS를 이용한 나노튜브, 나노와이어, 나노막대, 나노입자, 양자점 등의 합성에 대한 학술자료가 종종 발표되고 있는데 주로 석사학위 논문이며 건수가 많지는 않다. 연구개발 사례로 산화아연/황화아연 양자점 나노결정을 이용한 자외선 방출(2007년 고려대), CdSe나 CdTe 등을 중심체로 하고 황화아연을 껍질로 하는 양자점을 생물공학적으로 합성할 수 있는 기술(2010년 KAIST) 등이 있다. 삼성전자는 2011년 세계 최초로 양자점을 이용한 풀 컬러 디스플레이를 개발했으며 양자점을 조영제, 태양전지, 센서 등에 적용하는 연구를 진행하고 있다. ZnS 나노구조 어레이의 합성 및 응용에 대한 연구개발이 보다 활성화되기를 기대한다.

저자: Xiaosheng Fang, Limin Wu, Linfeng Hu
자료유형: 학술정보