나노기술 및 정책 정보

• 목록

  물질·재료연구기구 국제나노아키텍토닉스연구거점(MANA)의 GAUTAM Ujjal 연구원은 인도 방갈로르에 있는Jawaharlal Nehru Center For Advanced Scientific Research(JNCASR)와의 공동연구에 의해, 작은 봉상(棒狀) 결정이 특이한 관계로 서로 부착하는「신종결정 집합체」를 발견했다.

  이 결정 집합체는 봉상의 산화아연(ZnO) 나노 결정으로 구성되어 있다. 산화아연은 생물에 친화적인 반도체이며, 투명 일렉트로닉스, 집광, 피에조(piezo) 일렉트로닉스, 화장품 등 다양한 용도에 이용할 수 있다. 본 결정 집합체는 각각 성게와 같은 형태를 하고 있어서 중심핵으로부터 연필 모양의 산화아연 나노로드가 다수 생겨나 있다.

  결정 집합체는 어디에나 존재하고 있어 많은 디바이스에 이용할 수 있다. 예로써 박막 기술 분야에서는 결정성 물질을 순서대로 겹쳐 '층'을 만드는 연구가 이루어지고 있다. 자연계에서도 인편모조류(coccolithophorids)와 같이 정교한 결정 집합체를 만들어내는 '바이오 미네랄라이제이션(bio-mineralization)' 프로세스에 있어 놀랄만한 제어가 행해지고 있다.

  결정 집합체에 대한 연구는 자연계에서의 결정 성장의 메커니즘을 이해, 모방하기 위한 것뿐만 아니라, 많은 용도에 맞춘 물질의 조직화, 특히 개개의 성분 조작이 어려운 작은 영역에서는 매우 중요하다. 이 결정 집합체의 형성에 관해서 새롭게 발견한 법칙은 극성이라 불리는 산화아연의 특성에 근거하고 있다. 이것은 산화아연 로드 결정이 플러스(+)로 대전한 끝부분과 마이너스(-)로 대전한 끝부분을 만들어 낼 수 있음을 의미한다.

  산화아연 로드 결정이 집합체를 형성할 때 왜 이러한 극성이 생기는지에 대해서는 지금까지 알려진 바가 없다. 연구진은 하나의 집합체에 있어서 모든 로드 결정이 플러스의 끝부분을 따라 성장(이 경우는 마이너스의 끝부분은 중심으로 고정되어 있다)하거나, 그 반대의 성장이 있음을 발견했다. 또, 중요한 것은 2종류의 집합체가 특이하면서도 단순한 법칙으로 서로 관계되어 있다는 점이다. 하나의 집합체의 각 로드 결정을 상하 거꾸로 회전시키면, 극성이 반전하여 그 집합체는 다른 집합체로 변화된다. 결정 집합체간의 이러한 특이한 관계는 지금까지 알려져 있지 않았다. 새로운 집합 법칙은 신규 특성의 개발에 중요하다. 로드 결정은 모두(물리학적 성질은)같지만, 각각의 끝 부분의 전하가 다르기 때문에 플러스 끝부분을 갖는 집합체, 혹은 마이너스의 끝부분을 갖는 집합체에서는 다른 특성을 발현한다. 이들 극성을 고려하지 않고 한 조각의 물질, 또는 로드 결정을 랜덤하게 집합시킴으로 써 같은 특성을 얻는 일은 절대로 불가능하다.
  발광 다이오드에 사용되는 질화갈륨과 같이, 극성이 있고 유사한 형태의 집합체를 형성하는 중요 물질은 이 외에도 많이 존재한다. 따라서 이러한 자연스러운 '극성 제어'의 특성은 모든 결정 집합체에 해당될 가능성이 있다. 이것은 유례가 없었던 완전히 새로운 현상으로, 과거에 존재한 적이 없는 특이한 성질을 갖는 물질로서 향후 개발이 기대된다.