나노기술 및 정책 정보

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● 스페인 Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology의 Aitor Mugarza 교수 연구팀이 새로운 방식으로 2차원 이종구조를 조립

● 유용한 특성을 가진 새로운 2D 재료는 반데르발스 힘을 이용하여 화학구조와 조성이 서로 다른 단원자층을 적층함으로써 합성할 수 있음.

● 수직 이종구조는 비교적 쉽게 생산되지만, 2D 원자 패널이 하나의 층을 형성하기 위해 서로 연결되는 측면 이종구조의 합성은 어려웠으며, 특히 지금까지 사용된 기술로는 원자 수준의 정확도를 갖는 이종구조를 구축하는 것이 불가능했을 뿐만 아니라 계면에서의 격자 불일치 및 화학적 불안정성을 유발

● 이에 연구팀은 새로운 바텀-업 합성방식을 고안하여 그래핀 나노리본과 질소가 도핑된 그래핀 나노리본 사이의 이종접점이 주기적으로 배열되어 있는 2차원 측면 초격자 이종구조를 조립

● 합성 기술은 3단계로 구성되는데, 첫 번째 단계는 템플릿 위에서 도핑되지 않은 그래핀 나노리본을 성장시키는 단계이며, 두 번째 단계는 1단계에서 성장시킨 그래핀 나노리본을 이용하여 질소가 도핑된 그래핀 나노리본을 합성하는 단계이며, 세 번째 단계는 도핑되지 않은 그래핀 스트립 사이에서 질소가 도핑된 그래핀 나노리본을 성장시켜 삽입된 구성요소를 갖는 패턴을 생성시키는 단계로, 이종 기공 구조를 갖는 나노 다공성 하이브리드 그래핀 층이 형성됨.

● 이러한 바텀-업 기술에 의해 생성된 새로운 나노물질은 정확한 경계면과 밴드 불연속성을 보여주는 2D 측면 초격자 이종구조로 거동

● 해당 방안으로 설계된 나노소재는 광검출, 태양전지, 물 분해, 선택적 나노여과 장치 등에 활용 가능

※ Advanced Materials 게재(2022.03.25.), “Atomically Sharp Lateral Superlattice Heterojunctions Built-In Nitrogen-Doped Nanoporous Graphene”