나노기술 및 정책 정보

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효율성 향상을 위해 자체 표면적을 최대화하는 촉매 또는 주변 물체를 잡기 위해 부속물을 형성하는 마이크로 액추에이터와 같이 재료가 그 용도에 적합한 모양으로 배열될 수 있다고 상상해보십시오. 이것이 자가 조립으로 이룰 수 있는 장점으로 물질 자체를 형성하여 복잡하고 기능적인 재료를 만들 수 있음. 그러나 흥미로운 형태로 자가 조립되는 모든 물질이 최종 형태에서 유용한 기능을 갖는 것은 아님.

네덜란드의 암스테르담 대학교(University of Amsterdam)와 ARNCL (Advanced Research Center for Nanolithography), 레이던 대학교(Leiden University), 버지니아 공과대학교(Virginia Tech.)의 공동연구팀이 최근 이온 교환을 통해 최종 물질 형성과정에서 자가 조립 과정을 분리할 수 있다는 사실을 발견했음. 아름답고 복잡한 모양을 가진 Self-Organizing 나노 복합체는 상당히 놀라움(그림 참조). 그러나 연구팀은 아름다운 구조 이상의 것을 원했고 나노 복합체의 기능을 활용하기 위해 부족함을 느꼈음. 나노 복합체의 성형성과 구조적 레이아웃에 고무된 그들은 옵션을 조사하기 시작했음. 연구팀은 실리카(SiO2) 매트릭스에 매립된 탄산 바륨(BaCO3) 나노 결정으로 구성된 나노 복합재로 시작하여 이를 황화 카드뮴(CdS)으로 전환했음. 첫째, 그들은 이온 교환 동안 나노 복합체의 특성을 조사하면서 나노 복합체를 이 최종 재료로 재현 가능하게 변환하는 경로를 확립했음. 전자 현미경 및 X 선 회절 분석을 통해 팀은 흥미로운 사실을 배웠음 .BaCO3 나노 결정의 크기가 작아 이온 교환 반응에 매우 취약한 반면, 주변 SiO2 매트릭스는 변환 중에 원래 나노 복합체의 모양을 유지하기 위해 기계적 안정성을 제공했음. 이는 전체 구조를 그대로 유지하면서 집의 일부 벽돌을 교체하는 것과 거의 유사함. 이러한 통찰력을 바탕으로 재료 선택을 확장하는 것은 간단했으며 나노 복합체의 구성을 다양한 카드뮴, 철, 니켈 및 망간 염으로 변경하기 위한 새로운 경로가 개발되었음. 더욱이, 원래의 나노 복합체는 미리 결정된 다양한 형태로 형성될 수 있음. 이러한 모든 모양은 위에서 언급한 구성으로 변환할 수 있음. 따라서 나노 복합체를 변환할 수 있을 뿐만 아니라 서로 바꿔서 선택할 수 있는 다양한 재료와 모양도 있음. 마지막으로 팀은 이 새로운 접근 방식의 잠재적인 응용 프로그램을 탐색했음. 예를 들어, 그들은 니켈 함유 나노 복합체가 저온에서 기존의 촉매를 능가하는 건식 개질 공정의 촉매로 사용될 수 있음을 발견했음. 또한, 팀은 자기 특성을 사용하여 이동하고 방향을 바꿀 수 있는 모양 제어 마그네타이트(Fe3O4) 나노 복합체를 합성했음. 마지막으로, 그들은 실리카 매트릭스의 수축 특성과 함께 이온 교환 반응 중 하나에 도입된 유연성을 활용하여 전자빔 활성화 현미경 액추에이터를 만들었음. 요컨대, 그들은 다양한 새롭고 기능적인 특성을 가진 자가 조립 재료에 대한 새로운 경로를 여는 형태 보존 이온 교환 반응을 발견했음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Shape‐Preserving Chemical Conversion of Architected Nanocomposites”) 지에 게재됨