- 계면(표면)과 나노와의 관계
- 안동준 (2001/05/29)추천0 조회수1915
- 계면과 나노와의 관계성에 관한 질문이 많아서 제 견해를 올립니다.
미국의 National Natotechnology Initiative 계획서에도 보면 나노기술의 가장 중요한 특징으로 scale과 high surface area to volume을 들고 있습니다.
Scale을 50nm이하로 낮추는 것이 일차적 목표입니다. 그러기 위해서는 보수적 방법과 혁신적 방법이 있습니다. 전자는 현재까지의 Top-Down technology 즉, lithography 기술을 개선하여 현재의 한계인 100nm이하로 보내자는 것입니다. 후자는 분자나 원자들을 조립하여 nm수준의 덩어리(입자)들을 만들자는 것입니다. 이미 자연계에서는 발생단계에서 후자의 방법을 이용하여 다채로운 기능을 보유한 구조체들을 만들고 있죠. 따라서 후자의 기술을 우리는 나노기술이라하지만 내용적으로는 자연을 모방한 기술이라 하겠습니다.
후자의 기술은 현재 어떻게/어떤 방향으로 진보할 지 그 누구도 장담하지 못하고 있으므로 각국의 나노기술전략은 보수적 방안과 혁신적 방안을 병행하고 있는 것이 현실입니다.
물질의 화학적 구조를 변경하지 않는다 해도 단지 그 크기만 줄여나가도 nm차원에서는 그 크기에 따라 상이한 양자현상이 발현되므로 동일한 물질도 크기에 따라 다양한 성질을 지닙니다. 매우 흥미롭지 않습니까? 특히, 화학합성이 상대적으로 약한 화공학도들에게는 매우 즐거운 소식입니다. 물론 양자현상에 대한 약간의 공부가 더 필요하지요.
이렇게 작은 크기의 세계로 들어가면, 벌크나 마이크론 이상의 세계에서는 별로 중요하지 않았던 표면(계면)에너지가 가장 중요한 요소로 등장합니다. 표면에너지를 어떻게 잘 제어하는냐에 따라 나노구조물의 크기를 정교하게 제어할 수 있어 원하는 양자현상을 얻어낼 수 있죠. 또한, 입자 상호간 그리고 입자와 대표면적간의 표면에너지를 조절함으로써 2차원 또는 3차원 배열을 정교하게 얻을 수 있어 사람에게 유용한 소자로 만들 수 있겠습니다. 아무리 나노구조를 만든다 해도 결국은 우리가 유요하게 활용하려면 소자의 경우에는 어느정도 커다란 배열구조를 얻어야하니까요. 나노소재로 사용한다해도 나노물질들의 분산을 유지해야 하므로 그 계면에너지에 대한 제어가 매우 중요하죠. 이러한 이유로 high surface area to volume이라는 특징이 매우 중요한 연구 주제입니다.
계면과 나노와의 관계가 어느 정도 이해되셨는지요?
추가로 질문하시면 종종 들어와 제 견해를 밝히겠습니다.
안동준
