도넛형 나노 구조틀로 활용…균일한 크기 나노금속 합성 가능
구체·원통·원반·나선 등 다양한 모양을 가진 나노 금속입자와는 달리 균일한 크기의 ‘도넛(doughnut)’ 모양을 가진 고분자 나노 구조체가 개발되어 국제 학계로부터 큰 관심을 모으고 있다.
BK21 분자과학사업단 장태현(화학) 교수와 황해영 박사팀은 블록공중합체의 자기조립 현상을 이용해 균일한 크기의 도넛 모양 미셀(micelle)을 만들고, 이것을 나노 틀로 활용해 나노 금속입자를 제조할 수 있는 기술을 개발했다.
이 연구성과는 독일화학회가 발간하는 화학분야 최고 권위지 <안게반테 케미(Angewandte Chemie)> 6월 8일자에 VIP 및 표지논문으로 선정되었으며, 세계적 과학저널 <네이처(Nature)> 459호(5월 14일자)를 통해 고분자화학 분야의 주목받는 연구(Research Highlights)로 소개되었다.
그동안 도넛형 나노 구조체는 만들기가 어려울뿐더러 구조나 크기를 제어할 수 없어 활용도가 낮았다. 장 교수팀은 낮은 유리전이온도를 가지고 있는 블록공중합체와 선택성을 가진 용매를 이용해 균일한 크기 분포를 갖는 순수한 도넛 모양의 나노 구조를 만들어내는 데 성공했다. 이 구조체는 용액에서 수개월 간 구조를 유지할 수 있을 뿐 아니라, 크기와 모양을 제어하여 만든 나노 금속입자를 나노 구조체의 특정한 위치에 넣을 수 있어 주목을 받았다.
이처럼 크기와 모양을 균일하게 만들 수 있는 구조체를 이용해 나노 금속입자를 합성하면, 기존의 리소그래피(lithography) 방법에 비해 매우 간단하게 복잡한 형태의 나노합성물을 얻을 수 있다. 또 이번 연구 성과를 통해 균일한 크기의 나노 구조체를 손쉽게 얻을 수 있게 됨으로써, 차세대 나노급 메모리소자 개발 등 응용연구 분야에 크게 도움을 줄 것으로 기대된다.
※ 블록공중합체(block copolymer) : 두 개 이상의 단일 고분자가 공유결합으로 연결되어 있는 고분자의 한 종류.
※ 미셀(micelle) : 미소결정(crystallite)이라고도 하며 외부에는 친용매성 부분이, 내부에는 용매에 대한 비상용성인 부분이 있는 분자의 집합체.
