나노기술 및 정책 정보

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박막은 원자층 두께가 몇 개 밖에 되지 않는 고체 물질로, 일반적으로 그 특성은 거시적 규모의 원래 물질의 특성과 상당히 다름. 응용 분야는 나노전자, 광전자 공학을 포함하여 계속 확장되고 있음.

마찰을 줄이고 다른 많은 문제를 해결하기 위해 금속 칼 코게 나이드, 즉 황, 셀레늄 및 텔루르가 포함된 전이 금속 화합물을 사용할 수 있음. 이러한 물질로부터 박막을 얻기 위한 첫 번째 실험은 1980년대에 시작되었고, 이후 연구원들은 구조나 층 두께가 변경될 때 필름의 특성을 바꾸는 기능에 특히 관심이 있었음.

러시아 연구진은 최근 나노 복합체 Mo–S–C–H의 네 가지 요소로 구성된 필름을 연구함.

먼저 탄소 및 몰리브덴을 겨냥한 레이저 임펄스(수십 나노초 지속 시간)를 사용하여 이러한 물질의 플라즈마 흐름을 생성함. 탄소와 몰리브덴이 기체상으로 변할 때, 실험실에서 펌핑된 황화수소와 반응하여 강철 베이스에 증착된 반응 생성물과 반응함.

이 과정에서 화학적으로 활성화된 황과 수소 원자가 성장하는 코팅 내부로 들어갈 수 있었고, 원자들은 함께 금속 위에 얇은 막을 형성함. 필름의 특성은 구성 요소의 농도와 레이저 플라즈마 흐름 생성 모드에 따라 다름.

이 방법을 반응성 펄스 레이저 증착이라고 하며, 보다 부드럽고 조밀한 층을 제공함. 또한 연구진은 다양한 실험 매개 변수를 변경하여 최종 제품의 구조에 영향을 미칠 수 있음. 독특한 나노구조를 만들기 위한 이 강력한 도구는 많은 연구 센터에서 활발히 개발되고 있음.

연구진이 얻은 박막은 두께는 0.5µm 이하이지만 마찰을 10배 이상 줄였음. 기존의 액체 윤활유가 없는 상태에서 강철판을 따라 미끄러지는 강철 공의 마찰 계수는 0.03을 초과하지 않았고, 이것은 스케이트가 얼음 위에서 갖는 것과 같은 요소임.

본 연구 성과는 Nanomaterials ("Specific Features of Reactive Pulsed Laser Deposition of Solid Lubricating Nanocomposite Mo–S–C–H Thin-Film Coatings")에 게재됨.