나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터의 유성종 박사 연구팀이 반도체 제조에 사용되는 금속박막 증착기술인 스퍼터(Sputter) 기술을 이용하여 화학반응이 아닌 물리적인 방법으로 나노입자를 합성

● 금속 나노입자는 주로 화학반응을 통해서 제조되는데, 환경과 인체에 유해한 유기물을 사용하기 때문에 이를 처리하기 위해 추가적인 비용을 부담할 수밖에 없으며, 합성 조건 또한 까다로웠던 상황

● 이에 연구팀은 스퍼터 공정을 활용, 플라즈마를 이용해 금속을 깎아 나노입자로 만들어 기판 위에 증착하여 박막을 형성하게 하였고, 분리된 금속 나노입자를 안정시키고, 더 성장하지 않도록 특수한 기판인 글루코스를 사용

● 본 합성법은 플라즈마를 활용한 물리적 증착 원리를 이용하였기 때문에 기존 화학적 합성법의 문제점을 극복하고, 간단한 방법으로도 금속 나노입자 합성이 가능

● 연구팀은 해당 기술을 이용해 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자 촉매를 합성하였고, 수소연료전지 전극을 위한 산소 환원 반응용 촉매에 적용

● 적용 결과, 수소연료전지용 촉매로 상용화된 백금과 백금-코발트 합금 촉매보다 각각 7배와 3배 높은 촉매 활성을 보였음.

● 본 연구로 개발된 합성법을 통해 다양한 금속을 나노입자로 합성할 수 있게 되었고, 두 개 이상의 금속에 본 기술을 동시에 적용하면 다양한 조성의 합금 나노입자를 합성할 수 있어 나노입자 촉매의 최대 성능을 발휘할 수 있게 되었음.

● 연구팀은 구현이 어려웠던 새로운 구조의 합금 나노입자를 수소연료전지를 비롯한 친환경 에너지 기술에 적용하여 수소경제 안착과 탄소중립 기술 개발을 기대

※ 용어설명

- 스퍼터(Sputter) : 진공에서 이온화된 아르곤 등의 가스를 가속하여 재료 물질에 충돌시킬 때 방출되는 재료 물질을 기판에 증착하는 기술로, 일반적으로 박막 제조 공정에 많이 쓰이는 방법

※ Nano Today 게재, (2021.10.29.), “Plasma-induced alloying as a green technology for synthesizing ternary nanoparticles with an early transition metal”

※ 한국과학기술연구원(KIST) 주요사업, 한국연구재단(기후변화대응기술개발사업, 나노소재기술개발사업) 지원