<KAIST  최성민 교수, 하재민 박사과정>

KAIST 원자력 및 양자공학과 최성민 교수 연구팀이 계면활성제 마이셀을 이용하여 금 나노입자 초격자체 제조기술을 개발하고, 온도에 따라 초격자체의 결정구조를 가역적으로 변화시킬 수 있음을 밝혔다. 

하재민 박사과정 학생이 제 1저자로 참여한 이번 연구결과는 미국 화학학회가 발행하는 나노과학 분야 권위지인 ‘나노 레터스 (Nano Letters)’ 4월호에 게재되었으며, 연구의 우수성과 독창성을 인정받아 속 표지로 선정되었다.

나노입자 초격자체는 원자들로 이루어진 결정체와 같이 나노입자들이 매우 규칙적으로 배열된 구조체를 말하며, 나노입자들간의 집단적인 상호작용에 의해 개별 나노입자로는 얻을 수 없는 새로운 물리, 화학적 특성을 가질 수 있다. 나노입자 초격자체 제조기술은 자연적으로 존재하지 않는 새로운 특성을 갖는 메타물질을 만드는 방법론으로 최근 크게 주목을 받고 있으며, 광전자 공학, 플라스모닉스, 분자센서, 나노촉매 등 광범위한 분야에서의 응용이 기대되고 있다.

최성민 교수 연구팀은 구형 마이셀 시스템과 길이가 다른 리간드 분자로 기능화된 금 나노입자를 혼합함으로써 MgZn₂, NaZn₁₃타입 등 서로 다른 격자구조를 갖는 나노입자 초격자체를 매우 효율적으로 제조할 수 있음을 보였다. 이는 마이셀과 기능화된 금 나노입자의 크기 비율과 개수 비율을 제어함으로써 서로 다른 결정구조의 초격자체를 제조하는 기술이다. 최 교수 연구팀이 만든 금 나노입자 초격자체는 지금까지 보고된 것 중 그 결정성이 가장 뛰어난 것으로 평가되고 있다. 또한, 초격자체의 결정구조를 온도에 따라 가역적으로 변화 (NaZn₁₃ ↔ AlB₂ 또는 MgZn₂ ↔ isotropic) 시킬 수 있어 새로운 개념의 자극 민감성 (Stimuli-responsive) 물질로의 활용이 크게 기대되고 있다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 (도약연구) 및 방사선기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 포항방사광가속기연구소의 소각엑스선산란장치가 핵심적인 측정/분석기술로 사용되었다.

그림 1. 나노 레터스 4월호 표지

그림 2. 구형 마이셀과 길이가 다른 PEG 분자로 기능화된 금 나노입자를 혼합함으로써 결정구조가 다른 금 나노입자 초격자체 제조 및 온도에 따른 상변화 모식도

그림 3. 제조된 금 나노입자 초격자체의 소각엑스선산란 데이터 및 초격자구조