나노기술 및 정책 정보

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핀란드의 알토 대학교(Aalto University) 연구팀과 미국 라이스 대학교 및 중국의 베이징 대학교의 나노물질 연구팀은 466개의 독특한 단일벽 탄소나노튜브에 대한 색표집(Color Atlas)을 만들었음. 나노 튜브 색표집은 466 가지 품종을 결합하여 만든 박막의 특정 색상을 예측하는 새로운 방법에 대해 자세히 설명되어 있음. 검은 색으로 보는 탄소는 투명하게 보이거나 무지개의 모든 색을 취할 수 있음. 탄소나노튜브의 시트에 빛이 완전히 흡수되면 시트가 검은 색으로 나타남. 빛의 절반 미만이 나노 튜브에 흡수되면 시트가 투명해 보임. 나노 튜브의 원자 구조가 특정 색의 빛만을 유발할 때, 흡수할 파장, 흡수되지 않은 파장은 가시 색으로 반사됨.

탄소나노튜브는 길고 속이 빈 탄소 분자로 정원용 호스와 모양이 비슷하지만 측면은 원자 두께가 1 개에 불과하고 직경은 사람의 머리카락보다 약 50,000 배 작음. 나노 튜브의 외벽은 그래핀이 말려져 있는 것처럼 만들어져 있음. 그리고 그래핀이 말리는 각도는 명절 선물 포장지 롤의 각도와 매우 유사함. 선물 포장을 제로 각도로 조심스럽게 감으면 종이의 끝이 선물 포장 튜브의 양쪽에 맞춰짐. 용지가 부주의하게 비스듬히 감겨 있으면 용지가 튜브의 한쪽 끝에서 돌출됨. 각 탄소나노튜브의 원자 구조와 전자적 거동은 랩핑 각도 또는 키랄성 및 직경에 의해 결정됨. 두 가지 특성은 각각 키랄성과 직경의 특징적인 조합을 가진 466 개의 다양한 나노 튜브를 분류하는 "(n, m)" 넘버링 시스템으로 표현됨. 각 (n, m) 유형의 나노 튜브는 특징적인 색상을 가지고 있음. Kauppinen의 연구 그룹은 수년 동안 탄소나노튜브와 나노 튜브 박막을 연구했으며 이전 연구를 통해 녹색, 갈색 및 은회색으로 보이는 컬러 나노 튜브 박막의 제조를 마스터하는 데 성공했었음. 새로운 연구에서 Kauppinen 팀은 흡수된 빛의 스펙트럼과 건조 나노 튜브 필름의 다양한 두께의 시각적 색상 사이의 관계를 조사하고 나노 튜브 필름의 착색 메커니즘을 모호하지 않게 식별하고 필름의 특정 색상을 예측할 수 있는 정량적 모델을 개발했음. 이 모델을 사용하여 Rice 대학에서 제조한 필름의 흡수율과 시각적 색상을 계산했음. 실험 결과 필름의 측정된 색상이 모델이 예측한 색상과 매우 근접한 것으로 나타났음. Aalto 모델은 나노튜브 필름의 두께와 포함된 나노 튜브의 색상이 필름의 빛 흡수에 영향을 미친다는 것을 보여줌. Aalto의 466 색 나노튜브 필름의 색집표는 서로 다른 튜브를 결합한 결과임. 연구에 따르면 가장 얇고 가장 다채로운 튜브가 직경이 더 크고 색이 바랜 튜브보다 가시광선에 더 많이 영향을 미침.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Colors of Single‐Wall Carbon Nanotubes”) 지에 게재됨