나노기술 및 정책 정보

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라이스 대학교(Rice University) 연구팀이 자연의 유비쿼터스 "약한" 힘(Van der Waals Force)이 단단한 나노 시트를 변형하는 데 충분하며 나노 스케일 광학 또는 촉매 시스템에서 사용할 수 있는 잠재력으로 확장될 수 있다는 것을 발견했음. 나노 크기 입자의 모양을 바꾸면 전자기적 특성이 바뀌며, 이 현상은 더 연구할 가치가 있음. 사람들은 모양이 광학적 특성을 변경하기 때문에 입자 모양에 관심이 높음. 약한 힘은 입자의 모양을 변경하는 완전히 새로운 방법임. Van der Waals는 거리에 따라 무작위로 변동하는 쌍극자를 통해 중성 분자가 서로를 끌어당길 수 있는 약한 힘임. 작지만 그 효과는 도마뱀 붙이가 벽을 올라갈 때와 같이 거시 세계에서도 관찰할 수 있음.

새로운 연구에서 Rice 팀은 약한 힘이 8 나노미터 두께의 Ag 시트를 조작하는 데 사용될 수 있는지 확인하기로 결정했음. 수학적 모델이 가능하다는 것을 보여준 후, 그들은 15 나노미터 너비의 산화철 나노 구를 표면에 놓고 그 위에 프리즘 모양의 Ag 나노 시트를 뿌렸음. 다른 힘을 가하지 않고, 그들은 투과전자현미경을 통해 나노 시트가 이전에 존재하지 않았던 영구적인 범프를 얻었음을 관찰했음. 측정된 바로는 변형이 구체의 너비보다 약 10 배 더 컸음. 높이은 그다지 높지 않았지만, 시뮬레이션을 통해 시트와 구체를 둘러싼 기판 사이의 반 데르 발스 인력이 은의 결정질 원자 격자의 소성변형에 영향을 미치기에 충분하다는 것을 확인했음. 그들은 또한 이산화규소와 카드뮴 셀레 나이드 나노 시트, 그리고 아마도 다른 화합물에서도 동일한 효과가 발생할 것임을 보여주었음. 입자를 매우 얇게 만들면 단단한 금속이라도 매우 유연해짐. 추가 실험을 통해 연구원들은 나노 구가 변형의 모양을 제어하는 데 사용될 수 있음을 확인했음. 두 구가 가까울 때 단일 융기를 보이지만 구가 더 멀리 떨어져 있으면 안장 모양이나 고립된 범프에 이르기까지 다양한 변형을 이루게 됨.

연구팀은 두께가 약 10 나노미터 미만이고 종횡비가 약 100인 시트가 변형에 가장 적합하다고 결정했음. 연구진은 그들의 기술이 "리소그래피로는 만들기 어려울 것"인 "기판 지형에 기반한 새로운 종류의 곡선 구조"를 생성할 수 있음을 제안함. 이는 특히 나노 광자 연구와 관련된 전자기 장치에 대한 새로운 가능성을 열어줌. 은 격자를 변형하면 화학 반응이 발생할 수 있는 결함을 생성하여 불활성 금속을 반응이 가능한 촉매로 바꿔줌.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ (“Mechanical Reshaping of Inorganic Nanostructures with Weak Nanoscale Forces”) 지에 게재됨