KAIST 원자력양자공학과

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최성민 교수팀은 서로 다른 두 종류의 1차원 나노입자를 이용하여 고도로 정렬된 바이너리 초격자 구조체를 제조하는데 성공하였다. 본 연구는 그 우수성을 인정받아 응용 화학 분야 세계 최고의 저널인 Angewandte Chemie International Edition에 속 표지논문으로 선정되었다. 또한 최근 “ESRF HIGHLIGHTs” 로 선정되었다 (ESRF: European Synchrotron Radiation Facility, 그레노블, 프랑스).

일반적으로 두 개 또는 그 이상의 나노입자들이 이루는 초구조체는 서로 다른 입자간의 집합적 상호작용에 의해 새로운 특성을 보일 것으로 기대된다. 이러한 시너지 특성은 과학적으로 큰 가치가 있을 뿐 아니라 전자기기, 센서, 에너지 저장물질 등 다양한 응용 분야에도 적용될 수 있다. 현재까지 서로 다른 직경을 갖는 구형 나노입자로 이루어진 바이너리 초구조체에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있지만 1차원 나노입자의 바이너리 초구조체에 대한 체계적인 연구는 거의 이루어지지 않았다. 최성민 교수팀은 기능화된 탄소나노튜브 (p-SWNT)와 원통형 계면활성분자 마이셀을 이용하여 고도로 정렬된 1차원 나노입자 바이너리 초격자 구조체를 제조하는데 최초로 성공하였으며, 이를 소각 중성자 및 x-선 산란을 융합적으로 이용하여 분석/규명 하였다. 기능화된 탄소나노튜브 (p-SWNT)를 육방형 집합구조체를 형성하는 원통형 계면활성분자 마이셀 시스템에 혼합하면 p-SWNT가 상기 그림에서 보여지는 것과 같은 계층적 초구조를 형성한다. 이러한 초구조체 형성은 상기한 각각의 입자가 자유 부피 엔트로피 (free-volume entropy)를 최대화하기 위한 과정의 결과로 이해되고 있다. 본 연구성과는 최근 큰 관심을 모으고 있는 금속, 반도체 1차원 나노입자 등 여타 1차원 나노입자의 바이너리 초구조체 제조에도 활용될 수 있어 1차원 나노입자를 이용한 신기능성 하이브리드 물질제조에 새로운 방향을 제시하고 있다.


 본 연구는 최성민 교수의 지도하에 박사과정 임성환 학생이 주도적으로 수행하였으며, 중성자 산란 분야의 최고 학회인 ICNS 2013 (International Conference on Neutron Scattering 2013, 에딘버러, 영국)에서 관련 내용을 발표하여 최우수 포스터 상을 수상하였다.





 



 



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