나노기술 및 정책 정보

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히로시마(広島)대학이 우수한 산화물 반도체인 ‘산화티탄’의 나노입자를 이용하여 2000배 이상의 빛의 증강 효과를 실현함. 연구진은 산화티탄에 착안, 2018년 500배에 달하는 빛의 증강 효과를 실현했으며, 이번 연구에서 2000배 이상 증강을 확인하고, 이외에 높은 재현성과 안정성을 달성함. 연구진은 산화티탄의 다공질 필름을 통해 2000배 이상의 증강 효과를 달성함. 산화티탄 나노입자를 용기에 넣고 상온에서 20kg/cm2 정도의 하중을 걸어 압축 성형하면 완성됨. 아주 간단하게 만들 수 있지만, 산화티탄 나노 입자의 크기와 인가 압력이 중요함. 압축 성형의 장점은 필름 표면이 평평해짐으로써 증강 정도의 편차가 약 4%로 감소하는 것을 들 수 있음. 이로써 높은 재현성과 안정성을 달성할 수 있음. 간단한 제조법과 안정적인 증강도는 실용화에 필수 조건이라 할 수 있음. 증강 효과에 있어 또 하나의 중요한 요소가 나노입자 사이의 거리인 나노 갭임. 나노 갭을 통해 복수의 산화티탄 나노입자의 ‘안테나 효과’로 모인 빛 (증강된 빛)이 효율적으로 겹치기 때문에 그 거리가 중요하며, 나노 갭을 조정하여 2018년 때의 4배인 2000배 이상 증강도를 실현함. 3차원 나노 공간에서의 전자장 시뮬레이션 검증에 따르면, 최대 증강도를 실현하는 최적의 나노 갭은 5~10nm라는 것이 확인되었으며, 일반적으로 나노 갭의 제작에는 전자선 리소그래피를 이용한 정밀 구조 제어가 요구되지만, 본 연구에서는 분말 입자를 압축하는 간단한 기법이 사용됨. 신종 코로나 바이러스의 불활성화에 산화티탄이 주목 받고 있기 때문에 연구진은 향후 관련 연구에도 착수할 계획임.

본 연구 성과는 ‘The Journal of Physical Chemistry Letters’ (“Nanogap-Rich TiO2 Film for 2000-Fold Field Enhancement with High Reproducibility”) 지에 게재됨.