나노기술 및 정책 정보

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스웨덴의 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 연구팀이 화학센서로 사용하기 위해 단일 원자층의 얇은 백금을 준비할 수 있는 가능성을 발견했음. 백금의 2 차원 성장을 가능하게 하는 탄화규소 위에 에피택셜 성장한 그래핀과 같은 2D 절연 물질인 탄소 "완충층"의 표면에 증착되는 백금 원자의 개념을 확립함. 연구팀은 하나의 원자 두께로 일종의 새로운 물질인 금속층을 만들 수 있었음. 이렇게 원자적으로 얇은 금속이 가스와 상호작용할 때 전기저항이 크게 변하는 것과 같이 화학 환경에 매우 민감하다는 것을 발견했음. 연구의 본질은 그래핀을 넘어서는 2 차원 물질의 개발임. 원자상으로 얇은 백금은 매우 민감하고 빠른 화학 물질의 전기적 검출에 유용할 수 있음. 연구팀은 백금의 경우에 대해 매우 자세히 연구했지만 팔라듐과 같은 다른 금속도 비슷한 결과를 생성함.

연구진은 원자적으로 얇은 백금의 민감한 화학-전기 변환 기능을 사용하여 10 억분의 1 수준에서 독성 가스를 감지했음. 그들은 또한 매우 작은 농도에서도 발암성이 있고 저가의 검출 장치가 존재하지 않는 화합물인 벤젠을 검출하여 이를 입증했음. 원자적으로 얇은 금속을 사용하는 이 새로운 접근 방식은 미래의 대기질 모니터링 응용 분야에 매우 유망함. 나노구조 재료를 능동 감지요소로 통합하여 고체 가스센서의 감도를 높이는 것은 인터페이스에 미치는 영향으로 인해 복잡해질 수 있음. 나노입자, 입자 또는 접점의 인터페이스는 비선형 전류-전압 응답, 높은 전기저항 및 궁극적으로 센서 판독을 제한하는 전기 노이즈를 유발할 수 있음. 이 연구는 탄화규소 위에 에피택셜 성장한 탄소 제로층(버퍼 층이라고도 함)에 물리적 기상증착을 통해 단일 원자 두께에 전기적으로 연속적인 백금층을 준비할 수 있는 가능성을 보고하였음. 3–4 Å의 얇은 Pt 층을 사용하면 Pt로 또는 Pt로부터 전하가 전달되기 때문에 화학 분석물과 상호작용할 때 금속의 전기 전도도가 강하게 조절됨. 물질의 확장성과 함께 화학종과의 강력한 상호 작용은 sub-per-billion (ppb) 검출 한계를 가진 화학종의 전기적 판독을 위한 화학 저항기 장치의 제작을 가능하게 함. SiC의 탄소 제로층에 원자적으로 얇은 Pt로 형성된 2D 시스템은 탄력적이고 고감도의 화학 물질 검출을 위한 경로를 열어 우수한 활성과 선택성을 가진 새로운 이종 촉매를 설계하는 경로가 될 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials Interfaces’ (“Chemical Sensing with Atomically Thin Platinum Templated by a 2D Insulator”) 지에 게재됨