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다면나노결정의 형상제어와 결정면에 따른 물리/화학적 특성의 변화

전문가 제언: ○ 금속과 금속산화물의 나노결정은 플라즈모닉스, 라만분광분석, 생물학적 표지와 영상화, 화학촉매, 광촉매, 센서, 태양에너지 전환 등 다양한 분야에서 응용된다. 나노결정은 여러 가지 다면체와 그 중간형태 등의 다양한 형상을 보인다. 이 다면체 결정의 표면은 {100}, [110], {111}과 같은 단순 지수, 또는 {221], {117]과 같이 높은 지수의 면들로 이루어진다. 이 결정면의 종류에 따라 그 화학적, 광학적, 전기적 특성이 달라지므로 합성과정에서 결정면의 형상을 제어하는 기술이 필요하다.

○ 금속의 나노결정은 주로 금속염을 용액 중에서 환원시키는 방식으로 합성한다. 그중 대표적인 방법은 폴리알코올(polyalcohol) 용매 중에서 금속염을 환원시키는 폴리올(polyol)법, 금속 나노입자를 핵으로 사용하여 그 표면에 용액 중의 금속염을 환원/성장시키는 종자매개성장(seed-mediated growth)법 등이다. 최근에는 기본적으로 동일한 용액 시스템에서 환원제 등의 양을 점진적으로 변화시켜 반응속도를 정밀하게 조절함으로써 합성되는 다면나노결정의 모양을 순차적으로 바꾸는 체계적 형상진화(systematic shape evolution) 방법이 주목받고 있다.

○ 결정면의 종류에 따른 물리적, 화학적 특성변화의 연구를 위해서는 같은 시스템에서 합성된 모양만 다른 나노결정을 이용하는 것이 효과적이다. 따라서 체계적 형상진화법으로 합성한 다면나노결정은 금속/금속산화물 나노결정의 물성에 대한 기초연구는 물론 응용방법의 개발에도 적합하다. 이 방법을 사용하여 단일 금속 뿐 아니라 금속 나노결정 핵 위에 다른 금속이나 산화물의 껍질을 성장시키는 방법도 연구되고 있다. 아직은 몇몇 금속과 산화물에 국한되고 있지만, 더 나아가 금속-반도체 및 반도체-반도체 시스템에 대한 연구로 발전할 수 있을 것이다.

○ 국내에서는 Au 다면나노결정에 대한 연구를 KAIST, 고려대, 경상대 등 몇 개 대학과 KRICT와 KRIBB 등의 연구소에서 수행한 바 있지만, 기업체 중에는 귀금속 나노결정의 제조나 연구에 종사하고 있는 곳이 없다. 이 분야의 응용기술은 아직 초기단계에 있으므로 국내에서도 산학협동에 의해 관련기술을 선점해 나가는 것이 필요할 것이다.

저자: Michael H. Huang and Po-Heng Lin
자료유형: 학술정보