나노기술 및 정책 정보

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­ 최근 중국 안후이성(安徽省) 허페이시(合肥市)에 위치하여 있는 ‘중국과학원(中国科学院)’ 산하 ‘허페이(合肥) 물질과학 연구원(物質科學研究院)’의 ‘고체물리 연구소(固體物理硏究所)’의 연구팀은 '공심(空心, Hollow) 나노재료 합성(Synthesis) 연구'에서 새로운 성과를 달성하였다.

­ ‘커켄들 효과(Kirkendall effect)’를 이용하여 공심 나노재료를 합성하는 연구는 최근 년 간 나노재료 연구개발 분야의 한 개 이슈로 부상하였다. 관련 실험 과정에서 ‘커켄들 효과’를 이용하여 추출된 생성물의 공심 구조는 일반적으로 500나노미터를 초월하지 못한다.

­ 비교적 큰 공심 구조를 가진 나노재료, 특히 약물의 릴리스(Release), 수송(Transport) 등 분야에서 탑재 능력을 대폭 향상시킬 수 있다.

­ 최근 ‘중국과학원(中国科学院)’ 산하 ‘허페이(合肥) 물질과학 연구원(物質科學研究院)’의 ‘고체물리 연구소(固體物理硏究所)’의 연구팀은 수열법(水热法, Hydrothermal)을 이용하여 비교적 큰 공간 구조를 가진 공심 14면체 망간산화물(Mn3O4, Mn5O8, Mn2O3)을 개발하는데 성공하였다.

­ 연구팀은 실험과정에 대한 분석을 통해 공심 구조의 형성은 ‘커켄들 효과’에 의존한다는 연구결론을 도출하였다. 연구팀은 반응 초기에 금속 망간과 용해액체는 ‘수열반응(水热反应)’을 통해 Mn(OH)2의 14면체를 형성한다. 반응 말기에는 공기와 접촉하는 과정에서 Mn(OH)2의 14면체는 공기 속의 산소 기체 산화가 되어 ‘커켄들 효과’를 발생시키게 된다는 점을 발견하였다.

­ 주의를 돌려할 점은, 이런 반응 과정에서 Mn(OH)2으로부터 Mn3O4으로 전환 할 때의 래티스(Lattice) 구조가 수축(전환 할 때 물이 제거되고 체적이 약 42% 축소됨)된다는 점이라고 연구팀은 강조하고 있다. 이런 구조의 수축은 한 면으로 반응 속도를 가속화시키는 동시에 다른 한 면으로 망간 원소를 자유롭게 이전시키기 때문에 ‘커켄들 효과’가 더욱 큰 공간에서 발생할 수 있도록 한다.

­ 연구팀은 공심 망간산화물의 ‘자기학(Magnetism)’ 및 ‘전기화학’ 특성에 대한 연구를 실행하였다. 이번 연구결과를 통해 공심 망간산화물 재료가 콘덴서(Capacitors), 약물 수송과 릴리스, 환경 퇴치와 촉매 등 다양한 분야에서의 잠재적인 응용 전망을 가지고 있다는 점을 입증하였다.

­ 이번 과학연구 결과를 정리한 과학연구 논문은 영국 ‘황실 화학학회(Royal Society of Chemistry)’ 학술지인 CrystEngComm (CrystEngComm, 2011, 13, 4915-4920)에 공식 발표되었다고 한다.

그림 설명 : 공심(空心) Mn3O4의 ‘투사(透射) 전자 현미경(TEM)’ 사진(a),

에너지 스펙트럼(b와 C) 및 성장 메커니즘 표시도(d)

출처 : http://www.hf.cas.cn/xwzx/jqyw/201107/t20110719_3310716.html