성균관대 신현정 교수 연구팀, 새 결정구조의 금 나노와이어 합성

성균관대학교 에너지과학과(DOES) 박사과정 이선희 연구원과 신현정 교수 연구팀은 나노스케일의 제한된 구조 내에서 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 금(Au) 나노와이어를 성장시켰으며, 그 안에서 새로운 결정구조, 즉 동질이상(同質異像, polymorph)을 발견했다. 동질이상은 물과 얼음, 다이아몬드와 흑연처럼 일상에서 흔히 접할 수 있는 물질에서도 나타난다. 약학에서는 주로 부작용을 줄이기 위해 동질이상이 연구되었으나 금, 은, 백금, 구리와 같은 귀금속이 포함된 재료과학 분야에서는 연구된 바가 거의 없어 아직까지 미지의 연구 영역으로 남아있다.

일반적으로 동질이상은 온도와 압력 등 주변 환경에 영향을 받으며 열역학적으로 가장 안정한 구조를 채택하지만, 신현정 교수 연구팀은 온도와 압력이 일정한 상태에서도 나노스케일의 제한된 구조가 새로운 준안정상(metastable phase)이 형성될 수 있는 환경을 제공할 수 있다는 것을 실험적으로 증명했다.

이 준안정상은 투과전자현미경을 이용하여 60도 회전대칭(6-fold rotational symmetry)을 갖는 육방비조밀충진(hexagonal non-close-packed) 구조로 확인됐다. 이 구조는 일반적인 육방조밀충진(hexagonal close-packed ‧hcp) 구조보다 큰 면간 거리를 가지며, 마치 층상구조인 흑연(graphite)과 매우 유사하다는 것을 밝혔다. 육방비조밀충진구조는 기존의 면심입방(face-centered cubic) 구조에 상응하는 열적 안정성을 보였으며, 광학적 특성에서도 분명한 차이를 보였다.

금은 백금(Pt)과 함께 구조적으로 가장 안정된 물질로 알려져 있으며, 현재까지는 면심입방(face-centered cubic‧fcc) 구조만이 보고되어 있었다. 결정구조의 미세한 변화는 광학적, 전기적 특성을 포함한 물리·화학적 특성 변화를 초래하기 때문에 동질이상의 제어는 기초 재료과학 연구 및 신소재 개발에 있어서 매우 중요하다.

본 연구를 수행한 배창근 연구교수, 이선희 연구원, 신현정 교수(왼쪽부터).

신현정 교수는 “본 연구를 통해 재료과학 분야 내 나노스케일에서의 동질이상 형성 메커니즘을 규명함으로써 화학조성을 변화시키지 않고서도 재료 고유의 물리·화학적 성질을 뛰어넘는 새로운 소재를 개발할 수 있는 가능성을 마련하였다는 것에 큰 의의가 있다”고 말했다.

에너지과학과 신현정 교수와 이선희 연구원, 배창득 연구교수가 주로 수행한 본 연구는 한국연구재단의 지원으로 진행되었으며, 재료과학(material science) 분야의 세계적인 학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, IF 19.791)에 지난 4월 20일자 표지논문으로 선정되었다.

온라인 중앙일보