전남대학교 고분자융합소재공학부 윤현석 교수 연구팀이 페로브스카이트의 대체재로 주목받는 차세대 신소재 금속 할라이드 나노결정을 초격자(superlattice) 형태로 용이하게 제조하는 기술을 개발했다.
연구팀은 두 종류의 리간드를 사용하여, 나노결정들이 정육면체 모양의 면심입방구조 초격자 형태로 견고하며 직접적인 결정화를 이루는 기술을 개발했다. 이 기술은 수 초 이내에 공정이 끝나며, 용액상에서 나노결정을 형성하므로 응용이 매우 쉽다는 점에서 주목받고 있다.
기존 초격자 제조법의 경우 여러 요소의 최적화가 필요한데다 오랜 기간이 소요되며 기판상에서 나노결정이 형성되므로 응용에 여러 제약이 따른다는 단점이 있다.
차세대 에너지원 개발을 위한 신소재로 주목받고 있는 페로브스카이트의 경우 낮은 환경 안정성으로 인해 상용화에 어려움이 있는 반면, 연구팀에서 개발된 합성법으로 제조한 초격자는 향상된 환경 안정성과 함께 3배 이상 향상된 광학특성(양자수율)을 보였다.
또한, 연구팀은 초격자를 구성하는 개별 나노결정의 지속적인 성장과 반발적인 상호작용으로 초격자가 분해되는 것을 관찰했다. 용매 엔트로피의 기여도가 증가함에 따라 면심입방구조 초격자에서 벌집모양의 육각밀집구조로 변환되고, 개별적으로 분산된 나노결정으로 분해되는 경향을 발견함으로써, 나노결정 초격자 형성 제어를 위한 이론적 메커니즘를 정립했다.
이와 같은 연구 성과는 인공 초격자로 결정화된 나노결정의 특성과 기능을 맞춤화하는 효율적인 접근 방식을 제시하였다는 점에서 높이 평가받고 있다.
본 연구는 한국연구재단 BK21 four 사업(전남대 첨단화학소재교육연구단) 등의 지원을 받아 진행됐으며, 재료공학 분야 권위 있는 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, 영향력지수 32.086)에 최근 발표됐다.
윤현석 교수는 “본 연구 결과를 토대로 계면과학 및 나노기술 관점에서 향후 다양한 종류의 나노결정으로 구성된 초격자 구조를 갖는 메타물질의 생성 및 실용화에 기여할 수 있을 것”으로 기대했다.
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