나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 허폐이(合肥, 합비) 물질과학 연구원 산하 "고체 물리 연구소" 소속 "나노소재 및 디바이스 기술 연구부" 연구팀은 최근 복잡한 비(非) 치밀 배열 "코어-위성" 구조의 2원 금 나노 입자 배열의 자체 조립 및 광학 성능에 대한 조정 제어를 실현하는 연구에서 혁신성과를 획득함.

비(非) 치밀 배열 2원 나노입자 배열은 두 가지 그룹 성분 혹은 형태가 다른 나노입자로 구성된 비(非) 치밀 배열 사이클 구조를 의미함. 비(非) 치밀 배열의 2원 배열 합성은 배열 구조의 다양성을 풍부히 할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 광학, 자기학(磁學) 또는 열전기 특성을 생성시킬 수 있는데 이런 특성들은 광전기, 센서, 촉매, 표면 강화 라만 산란(SERS) 등 분야에서 잠재적인 응용 전망을 보유하고 있음.

현재 비(非) 치밀 배열의 2원 배열을 효과적으로 제조하는 방법은 두 가지로 분류됨. 하나는 기판 상에 비(非) 치밀 배열된 블록 오목(Concave convex) 패턴(예를 들면 나노 세공(Nanopore) 혹은 나노 기둥)을 템플릿으로 사용하여 한계 구역의 나노 입자를 조립하는데 템플릿 보조의 모세 역량 조립이라 하고, 다른 하나는 특정한 상호역할 키를 보유한 폴리머(예를 들면 DNA 체인)를 매개체로 사용하여 서로 다른 구조 유닛을 기판의 특정한 위치에 점차적으로 조립하는 방법임.

하지만 이런 방법은 모두 구조 유닛과 기판에 대해 복잡한 표면 특성 개선 처리를 실행해야 함. 이런 상황은 관련 응용 확장에 영향을 끼치고 있기 때문에 일종 구조 유닛 제한을 받지 않는 동시에 특수한 표면 수정이 필요하지 않은 범용적이고 효과적인 전략 개발은 중요한 의미를 보유하고 있음.

연구팀은 에틸렌글리콜(EG)을 매개체로 이용하는 대류(對流) 자체 조립 방법을 통해 "코어-위성" 기본 구조를 보유하고 있는 2차원 비(非) 치밀 배열 2원 나노입자 배열을 구축하였음. 이 방법을 사용하는 과정에서 물 대신 EG를 나노입자의 운반체와 증발 매개체로 사용하고, EG의 초저(超低) 포화 증기 압력을 이용하여 증발 대류(對流)로 인한 커피 링 효과를 효과적으로 감소시키고 용액 속에 분산된 나노입자를 기판 상의 비(非) 치밀 배열 템플릿 나노입자 주변에 정연하게 조립하였음.

이 과정에서 특수한 표면 수정이 필요 없이 조립 입자 및 템플릿 입자의 크기, 형태와 성분에 대한 개변만을 통해 풍부한 구조 다양성을 보유한 2차원 비(非) 치밀 배열 2원 나노 입자 배열을 개발하였음.

Bragg의 회절로 인해 2원 Au 나노입자 배열은 화려한 배열 색상을 나타낼 수 있는 동시에 동 배열은 하이드로겔 필름 표면으로 완벽하게 이전될 수 있음.

연구팀은 하이드로겔 필름을 이용하여 용액 pH의 체적 응답 특성을 조절하고, "코어" Au 나노입자 와 "위성" Au 나노입자의 간격을 조절, 제어하여 2원 Au 나노 입자 배열 SERS 성능에 대한 동적 상태 조절, 제어를 실현하였음.

그 외, 2원 배열의 하이드로겔 멤브레인은 특정한 형태의 위조 방지 라벨로 자를 수 있으며, 화려한 구조 색상은 육안으로 직접 감별할 수 있는 첫 번째의 위조 방지 조치에 속하며, 특유의 동적 상태 SERS 성능은 라만 분광기를 사용하여 감별 할 수 있는 두 번째의 위조 방지 조치가 되고 있음.

연구팀은 이번 연구를 통해 새로운 커플링 효과를 보유하고 있는 신형 비(非) 치밀 배열 2원 배열 개발을 위해 새로운 아이디어를 제공하였으며, 또한 슈퍼 표면, 광전기, 바이오 및 화학 센서, 위조 방지, 촉매 등 분야에서의 2원 배열 응용을 위해 소재 기반을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Chemistry of Materials’ ("Convective Self-Assembly of 2D Nonclose-Packed Binary Au Nanoparticle Arrays with Tunable Optical Properties")에 게재됨.