| 중국과기대학 그래핀 기반 초격자 재료 제조에서 새로운 성과 | ||
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 최근 중국 과학기술대학 세이(谢毅) 교수가 이끄는 연구팀은 그래핀(Graphene) 기반 초격자(superlattice) 재료의 합성 및 활용 분야에서 새로운 성과를 올렸다. 연구팀은 제한된 공간을 이용한 생장기법을 통해 처음으로 용액에서 산화바나듐 뼈대(Vanadium oxygen skeleton)의 그래핀 기반 초격자 재료를 합성한데 이어 자기열량 효과(magnetocaloric effect)를 크게 강화시켰다. 관련 연구논문은 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 온라인으로 발표되었다. 초격자 재료는 특수 계면전자구조로 인해 특이한 물리적 특성을 고유하고 있기 때문에 인기 연구과제로 떠오르고 있다. 하지만 일반 초격자 재료는 고가의 펄스 레이저 증착법(PLD: pulsed laser deposition)이나 분자빔 증착법(MBE: Molecular beam epitaxy)을 통해야만 얻을 수 있다. 바꿔 말하면 후속 실제응용에 있어서 복잡한 과정을 거처야만 획득한 초격자를 생장기질에서 전이시킬 수 있음을 의미한다. 최신 연구 결과, 그래핀은 독특한 양극 전자특성을 보유하고 있기 때문에 기타 재료와 복합시킬 경우 전자 공여체(electron donor)나 전자 수용체로 간주하여 재료의 전기성능을 제어할 수 있음을 나타내었다. 따라서 초격자 재료의 특수 계면 특성과 그래핀의 독특한 전자 구조를 겸한 그래핀 기반 초격자 재료는 전통 소재에서 존재하지 않는 새로운 성능을 보유할 가능성이 높다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 제한된 공간 생장기법을 이용한 그래핀 기반 초격자재료 제조법을 고안해냈다. 이 제조법으로 단층 그래핀 - 단층 산화바나듐 - 단층 그래핀의 완벽한 초격자구조를 획득함으로써 기존의 일반 초격자재료의 단점을 극복할 수 있었다. 이러한 그래핀 기반 초격자 재료에서 그래핀은 하나의 독특한 공간제어 반응기(reactor)로서 산화바나듐층으로 하여금 그래핀 표면에서 2차원 생장을 가능케 하였으며, 또한 전자 공여체로서 바나듐산화층 구조의 구조 재조합을 유발하기 때문에 높은 대칭성 산화바나듐 뼈대를 형성하는 생성에너지를 효과적으로 줄였다. 그밖에도 연구팀은 중국국가싱크로트론방사실험실(synchrotron radiation) 의 워이스챵(韦世强) 연구팀과 협력연구를 통해, 싱크로트론방사 X선 흡수 정밀구조 스펙트럼을 이용해 초격자의 정밀구조에 대한 상세한 표면처리를 진행하였다. 실험결과, 초격자의 산화바나듐층의 대칭성은 자유공간에서 얻은 VO2(B)보다 현저하게 컸을 뿐만 아니라 가역성 위상 변화(phase shift)에 따른 자기열량 효과가 나타났다. 이러한 위상 변화는 VO2(M)-VO2(R) 위상 변화과정에서 대칭성이 높은데서 낮은데로 전환되는 것과 흡사하다. 또한 초격자에서 2차원 단일구조와 그래핀층의 응력작용으로 인해 이러한 위상변화과정의 자기 엔트로피 변화값(The magnetic entropy change value)은 VO2(M)-VO2(R) 위상변화의 자기엔트로피 변화값보다 8배나 높았다. 이러한 유연성이 있는 초격자 나노재료는 저가의 용액법으로 얻을 수 있다는데서 큰 의미가 있다. 특히 기존의 일반 초격자 재료 제조에서 복잡한 전이 과정을 피할 수 있기 때문에 각종 기능성 부품 조립에 적용될 수 있어 초격자 재료의 실제 응용 분야에 전망이 밝을 것으로 기대된다. 정보출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201406/t20140605_4132129.shtml |
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