나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄공업대학교, 과학기술창성연구원 연구그룹이 열측정 원자현미경(Scanning Thermal Microscopy, SThM)을 이용하여 세계 최초로 나노 스케일에서 유기 분자 박막의 열전도 특성을 시각화하여 이미지로 구현

● 연구진은 유기 분자가 형성하는 자기 조직화 단분자막(Self-Assembled Monolayer, SAM)을 이용하여 줄무늬 형상의 표면 패턴 구조를 제작하고, 그 열전도 특성을 열측정 원자현미경을 사용하여 시각화

● 본 연구에서는 구성하는 작용기나 분자 사슬 길이가 다른 유기 분자 두 종류를 조합한 막을 총 세 가지 패턴으로 제작하여, 단분자막 표면 패턴이 시료와 측정부를 접촉하여 관찰했을 때보다 고해상도로 가시화할 수 있음을 발견하였으며, 이는 분자의 열전도가 어떻게 분포되어 있는지를 보다 고정밀도로 판단하는 것이 가능해진 것으로 세계에서 최초의 성과임.

● 비접촉 이미징이 가능한 이유는 열원으로부터 시료 표면으로의 복사에 의한 열전달이 단분자막을 구성하는 분자의 길이에 따라 변화하기 때문이며, 비접촉 조건에서의 이미징은 비파괴적·고분해능으로 시료 표면의 온도 분포를 가시화할 수 있어 열 관리 재료를 대상으로 하는 나노 스케일 이미징 기술 혁신에 공헌이 가능

● 해당 연구는 분자의 열전도 특성이 분자의 구조 및 길이에 의존하는 것을 입증함으로써 나노 스케일에서의 열전달 현상에 대한 이해를 촉진하고, 향후 마이크로 및 나노 전자 디바이스의 고성능화, 열에너지 변환의 효율화로 이어지는 고도의 열 관리 기술 개발이 가속화될 것으로 기대

※ 용어설명

- 열측정 원자현미경(Scanning Thermal Microscopy, SThM): 시료 표면의 온도 및 열 전도성을 측정하는 원자현미경

※ Journal of the American Chemical Society 게재(2021.10.09.), “Visualization of Thermal Transport Properties of Self-Assembled Monolayers on Au(111) by Contact and Noncontact Scanning Thermal Microscopy”