나노기술 및 정책 정보

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섬유소 나노섬유 제어가능 개발 및 거시조립 연구

 

○ 중국과학기술대학 마이크로 스케일 물질과학 국가 실험실 및 재료과학대학에 소속되어 있는 정제(曾杰) 교수 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 토폴로지 절연체 2차원 층상 나노 재료인 Bi2Se3 구조 디자인, 합성 및 성장 메커니즘 연구 분야에서 혁신적인 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다.

 

○ 연구팀은 Bi2Se3 결정체의 핵형성 및 성장에 대한 동력학 조정 제어를 실행하고 나선 전위를 도입하여 세계 최초로 2차원 층상 재료의 나선 성장을 실현하였으며 재료를 분립된 층상에서 연속성을 보유한 나선 밴드로 전환시킴으로써 일종 단일 층과 차별화 되는 동시에 전통적인 블록(Block) 형태와도 차별화 되는 신형 나노 재료를 개발하는데 성공하였다.

 

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 '독일 응용화학' 학술지에 발표되었다. 논문의 제1저자는 대학원 석사 과정의 장아워이(庄阿偉)이다.

 

○ 그래핀 층상 구조와 유사한 Bi2Se3은 간단한 에너지 밴드 구조를 보유하고 있는 동시에 실온에서의 에너지 변동체 밴드 갭을 대폭 초월하기 때문에 제일 전망이 밝은 토폴로지 재료 중의 하나로 평가받고 있다.

 

○ 토폴로지는 일종 최근 년 간 발견된 신형 양자 물질 상태로서 에너지 소모가 없는 전송, 스핀 전자학 및 양자 컴퓨터 등 분야에서 밝은 응용 전망을 보유하고 있다.

 

○ 토폴로지 절연체는 특이한 결함이 없는 비(非) 자기 특성 불순물 산란의 토폴로지 표면 상태 외, 그 중에 나선 전위의 와이어 결함을 도입하게 된다면 한 쌍의 토폴로지 보호를 받는 1차원 나선 상태를 생성시켜 완벽한 전기 전도 루트를 창조할 수 있다.

 

○ 연구팀은 특색 있는 제어 가능한 제조 수단에 기반 하고 결정체 성장의 동력학 이론에서 출발하여 반응 시스템을 통해 극히 낮은 과포화 조건을 통해 Bi2Se3으로 하여금 핵형성 과정에서 나선 전위의 결함을 생성시키게끔 하여 층상 재료에 대한 두 개 방향의 나선 성장을 유도시키고 Bi2Se3 본질 특징의 결정체 성장 모델에서 탈피할 수 있도록 한다.

 

○ 연구팀은 나선 성장 속도에 대한 제어를 통해 다양한 발전 정도의 나선 구조를 합성해 내고 이런 합성 과정을 통해 2차원 층상 재료의 나선 성장 메커니즘을 해석하였다.

 

○ 이번 연구는 1차원 토폴로지 나선 형태를 실현하는데 필요한 재료 기반을 제공하였으며 Bi2Se3가 토폴로지 절연체, 열전 및 촉매 분야에서 새로운 발전을 추진할 수 있는 기술 기반을 제공하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 나선 성장 방식이 기타 2차원 층상 재료의 나선 구조를 합성시키는 기술에 대한 탐색 작업을 실행하였는데 이런 연구는 재료의 물리 성능을 조절하는 연구에서도 중요한 의미가 있다.

○ 이번 연구는 국가과학기술부의 '중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)' 비용, 중국 정부의 '국가 청년 천인계획(千人計劃) 프로그램' 비용, 중국과학원의 '백인계획(百人計劃) 프로그램' 비용 및 중국과학기술대학의 '혁신 연구팀 기금 프로젝트' 비용

지원을 받아 추진되었다.

 

 

(A) Bi2Se3의 층상 결정체 구조 표시도임.

(B) 나선 전위를 Bi2Se3에 도입하여 발생된 구조 변화임.