나노기술 및 정책 정보

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● 고려대학교 공과대학 신소재공학부의 김영근 교수와 버추얼랩 김영광 박사 공동연구팀이 산화철 메조결정 생성 과정에서 리간드를 이용하여 메조결정의 미세구조가 달라지는 현상을 규명하고 자기적 특성 제어를 위한 새로운 접근 방법을 제시

● 산화철 메조결정은 단위 결정의 특성뿐만 아니라, 단위결정이 어떻게 결합하는지에 따라서도 특성이 좌우되기에 메조결정의 형성과정에 대한 정확한 이해가 필요

● 메조결정의 형성과정에 대해 이론적으로 여러 경로가 제안되고 있으나, 실험적으로 확인한 연구는 아직까지 보고되지 않았는데 이는 화학적 방법으로 진행되는 메조결정 합성과정에서 방향성 부착 성장을 제어하기 어렵기 때문임.

● 이에 연구팀은 산화철 단위결정의 표면에 부착되는 리간드의 종류를 조절하여 메조결정이 형성되는 과정에서 단위결정 간의 정렬을 제어

● 해당 연구를 통해 단위결정 간의 정렬이 틀어지면 상호간의 자기적 특성의 결합이 어려워지며 메조결정에서의 자기적 특성이 정렬된 경우와 다른 것을 확인하였으며, 밀도범함수(DFT) 이론을 도입하여 리간드가 단위결정의 정렬에 영향을 미치는 원인을 분석

● 해당 연구는 산화철 단위결정을 메조결정으로 조립하는 과정에서 리간드를 이용해 방향성 부착의 정도를 조절하여, 산화철 메조결정의 결정학적 정렬이 자기적 특성에 미치는 영향을 실험적으로 밝혔으며, 응용 분야에 맞도록 재료를 설계할 수 있는 가능성을 제시

※ 용어설명

- 메조결정: 아주 작은 단위결정들이 서로 뭉쳐있는 형태로 존재하는 소재로 낱개의 단위결정에서는 나타나지 않는 새로운 집합적 특성을 보유

- 리간드: 소재 주위에 결합하고 있는 분자나 이온을 의미하고, 소재의 물리·화학적 특성에 영향을 미침.

- 표면에너지: 소재의 최외각 원자가 외부에 노출되어 생기는 에너지로, 벌크 소재에 비해 표면적이 넓은 나노소재에서 표면에너지가 훨씬 크게 나타나며, 낮은 상태가 안정하기에 나노소재는 서로 결합하려는 경향을 나타냄

- 방향성 부착 성장: 결정이 성장하는 경로의 하나로, 단위결정이 서로 같은 결정면으로 부착하며 성장하는 현상

※ Nature Communications 게재(2022.03.03.)

※ 과학기술정보통신부(중견연구자지원사업), 교육부(창의·도전연구기반지원사업) 지원