화학과 박성호 교수 연구팀, 

화학적 조각 반응을 이용한 3차원 나노 구조체 합성 기술 개발

- 나노소재를 이용한 광학, 센서, 바이오 분야에 활용 기대

- 재료과학 분야 학술지 ACS 표지 논문으로 선정

화학과 박성호 교수 연구팀(1저자 김정원 석박통합과정)은 수용액 상에서 진행되는 새로운 화학반응을 통해 빛과의 상호작용이 극대화된 3차원 나노 구조체 합성 기술을 개발하였다.

나노 분야에서 물리, 화학적 특성을 조절하기 위해 구조적 복잡성이 높은 나노소재 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 상향식 (Top-down) 나노 제조 방식은 포토리소그래피 (Photolithography) 기술을 단계적 나노 제조 과정에 적용하여 연구, 산업 전반에 폭넓게 사용되고 있다.

박성호 교수 연구팀은 단계적 나노 제조 방식을 하향식(Bottom-up) 나노 제조 방식에 맞게 적용하여 수용액 상에서 금속의 화학 반응을 정교하게 조절하였다. 이를 통해 구조적 복잡성이 극대화된 3차원 나노 구조체(All-frame-faceted nanoframe)를 구현하였다.

연구진은 화학적 조각(Chemical carving) 반응을 이용하여 수용액 상에서 정팔면체 금 나노입자에 선택적인 환원, 에칭 반응을 유도하였다. 나아가 다단계 합성법을 설계함으로써 정팔면체의 여덟 개의 면에 프레임 입자가 내재되어 있는 새로운 나노 구조체를 합성하였다. 합성된 3차원 플라즈모닉 복잡 프레임 나노 구조체는 두 개의 레이저 파장(633nm, 785nm)에서 기존 플라즈모닉 골드 입자에 비해 향상된 단일 나노 입자 라만산란신호의 증강효율(Enhancement factor: ~10^7)을 나타내었다. 이는 SERS 분야에서 레이저 파장대역에 상관없이 라만 신호를 도출할 수 있는 새로운 가능성을 제시한 것이다. 연구 결과는 라만 광 분석 기법의 첨단화와 상업화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 보인다.

박성호 교수는 “본 연구는 하향식(Bottom-up) 나노 제작 기술에 새로운 방법론을 제시하여 나노소재를 이용한 광학, 센서, 바이오 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

본 연구는 2021년 정부(방위사업청)의 재원으로 국방과학연구소(미래도전국방기술연구개발사업)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 재료 과학 분야 (materials science) 최상위 학술지인 “ACS nano” (Impact Factor=18.03, JCR 상위 5.65 %)에 표지 논문으로 선정되어 4.21.(목) 온라인 게재되었다.

※ 논문명 : Plasmonic All-Frame-Faceted Octahedral Nanoframes with Eight Engraved Y-Shaped Hot Zones