| “나노선 소자 집적 가능성 열었다” 김봉중 GIST 교수팀, 투과전자현미경 활용 나노선 촉매 특성 규명 박은성 기자 pes@kjdaily.com |
| 2014년 09월 01일(월) 20:15 |
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이 지역 대학 교수팀이 투과전자현미경(TEM)을 활용해 나노선(nanowire) 성장의 특성을 결정하는 촉매의 특성을 밝혀내 주목을 끌고 있다.
투과전자현미경은 고전압의 전자 빔을 쏘아 얇은 물질을 투과하게 함으로써 수십만 배 이상 확대해 관찰할 수 있는 현미경을 말하며, 나노선은 단면의 지름이 수 나노미터(10억분의 1미터) 정도인 극 미세선이다.
주인공은 지스트(GIST·광주과학기술원) 신소재공학부 김봉중(40·사진) 교수팀.
1일 지스트에 따르면 김 교수팀은 미국 IBM 왓슨연구소팀과 함께 나노선의 성장 특성을 결정하는 가장 초기 단계에서 일어나는 촉매 조대화(Coarsening)의 운동학적 특성을 투과 전자현미경(TEM)으로 실시간 관찰하고, 이를 정량화 한 후 수식화해 다양한 나노선이 나노소자에 집적될 수 있는 가능성을 열었다.
조대화는 화학적 잠재 에너지가 크고 입자 크기가 작은 나노촉매입자에서, 화학적 잠재 에너지가 작고 입자 크기가 큰 나노촉매입자로 원자가 이동하면서 촉매입자의 크기와 밀도가 순간적으로 변하는 현상을 말한다.
이러한 원자의 이동은 촉매입자가 위치한 기판의 온도와 촉매 주위의 가스분포에 따라 매우 민감하게 변화하는데, 조대화 과정에 의해 결정되는 촉매 입자의 크기, 밀도, 모양, 상태 등은 나노선의 성장 특성에 결정적인 영향을 미친다.
김 교수팀은 분자가스(다이사일렌)유입과 산소 유입, 진공 상태 등 세가지 조건을 설정해 외부로부터 투과전자현미경 내 밀폐된 영역으로 가스를 각각 유입하고 투과전자현미경을 통해 금(Au) 촉매의 조대화 과정 전반을 빠른 속도(초당 30 프레임 이상)로 관찰했다.
이번 성과는 집적도·성능·효율면에서 한계에 부딪힌 전자소자 및 에너지소자의 문제점 극복에 한걸음 다가선 것으로 평가된다.
김 교수팀은 “이번 연구는 나노선 생성 과정에서 금(Au) 나노촉매의 조대화 메커니즘과 운동학을 일반화된 정량적 모델로 제시한 것”이라고 배경을 밝혔다.
한편, 한국연구재단이 주관하는 글로벌 리서치 네트워크(GRN) 사업과 지스트 차세대에너지연구소(RISE)의 차세대 태양전지 기술개발 및 연구기반 구축사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 나노 레터스(Nano Letters) 8월호에 게재됐다.
/박은성 기자 pes@kjdaily.com
박은성 기자 pes@kjdaily.com