구형 금 나노입자 제작기술 개발

이기라 교수팀ㆍ기초과학지원연 이계행 박사팀 공동연구

이기라 교수(왼쪽)와 이계행 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 완벽한 구형의 금 나노입자 제작기술을 개발했다.

미래창조과학부는 이기라 성균관대 화학공학부 교수 연구팀, 한국기초과학지원연구원 이계행 박사팀이 참여한 국제 공동연구팀이 완벽한 구형의 금 나노입자를 제작하는데 성공했다고 8일 밝혔다.

구형의 금 나노입자는 물질 자체의 독특한 광학적 성질로 인해 투명망토 기술로 알려진 메타물질의 조립, 금속의 자유전자가 집단으로 진동하는 초정밀 플라즈몬 제어 분야 등의 연구에 기여할 것으로 기대된다.

연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업 등의 지원을 받아 마노하란, 카파소 미 하버드대 교수 연구팀과 공동으로 수행했다.

이번 연구결과는 나노재료 분야 국제학술지 ACS 나노지 지난달 23일자에 게재됐다.

구형의 나노입자는 대칭적 조립 등이 가능해 산업적으로 활용도가 높고 구형 금 나노입자는 광학적인 효용이 크지만 일반적인 나노입자 합성방법으로는 광학적 성질이 불안정한 각이 있는 비대칭적 모양의 입자만 제작이 가능해 안정적이고 균일한 구형 금 나노입자를 생산하는 적합한 제조법의 개발이 필요했다.

국내 연구팀은 표면이 매끄러운 완벽한 구형의 금 나노입자를 합성하는 새로운 제작기술을 개발했다.

연구팀은 팔면체 금 나노입자를 합성한 후, 입자의 모서리와 꼭지점에 위치한 원자들만 선택적으로 산화시키는 방식을 반복해 구형 나노 입자를 만들었다.

나노입자의 성장과 부식을 여러 번 반복해 다양한 크기의 입자를 만들 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이렇게 제작된 완벽한 구형의 금 나노입자는 DNA 센서, 광결정, 투명망토 등 첨단 광학기술 분야 핵심소재로 응용될 수 있어 학계에서 주목하고 있다.

제작된 금 나노입자가 완벽한 구형에 가깝다는 것은 하버드대 연구팀이 금 나노입자의 비선형적 공명 현상인 파노 공명 조사를 통해 입증했다.

합성된 금 나노입자를 클러스터로 조립해 빛 산란 스펙트럼을 분석한 결과, 실험값과 이론값이 유사하게 나타나 이론적으로도 완벽한 구형에 근접한다는 것을 증명했다.

연구팀은 향후 이러한 금속입자의 조립을 통해 광학 성질을 활용한 새로운 의료용 센서개발 연구도 수행할 계획이다.

금 입자의 파노 공명은 외부환경에 민감해 입자 주위 환경에 약간의 변화만 있어도 영향을 받기 때문에 개발된 금 나노입자는 고감도 센서의 주요 소재로 활용 가능하다.

이기라 교수는 “이번 연구결과로 금 나노입자의 광학적 특성을 밝히는 연구에 기여할 뿐만 아니라, 이를 이용한 의료용 검출 소자 개발 등의 응용연구에 중요한 기반이 될 것”이라고 밝혔다.