1, 2, 3차원의 나노 구조체를 매우 빠르고, 간단하고, 저렴하게 만들 수 있는 새로운 기술이 발표되었다. 나노로드라 불리는 이러한 구조체는 태양전지, 센서, 자기 저장 매체 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 연구팀은 블록 공중합체를 이용하여 나노로드의 전기적, 기계적 특성을 크게 향상시키는 새로운 방법을 개발하는 데 성공했다.
블록 공중합체와 평행한 방향으로 방향성을 이루고 있는 황화 카드뮴(cadmium sulfide) 나노로드의 투과형전자현미경(Transmission electron micrograph) 사진(a)과 나노로드를 포함한 공중합체의 개략도(b)
미 에너지부 산하 로렌즈버클리국립연구소(U.S. Department of Energy (DOE)`s Lawrence Berkeley National Laboratory)의 Ting Xu 교수 연구팀은 블록 공중합체라는 폴리머 물질을 이용하여 복잡한 구조와 계층적 패턴을 이루고 자가배열 방식으로 형성하는 새로운 플랫폼을 개발하는 데 성공했다. 폴리머 분자의 일부분으로, 다수의 구성 단위로 되고 그 부분에 인접하는 다른 부분과 화학구조상 혹은 입체 배치상 다른 것을 블록이라 한다. 이러한 복수의 블록이 선상으로 연결하여 구성된 폴리머를 블록 중합체이고, 그 중 2종류 이상의 단량체로 형성된 것을 블록 공중합체라 한다.
블록 공중합체 내에 존재하는 황화카드뮴 나노로드가 특정한 방향으로 재 배열된 구조의 TEM 사진
연구팀은 나노로드를 블록 공중합체 초분자(supramolecules)와 결합하여 구형, 원통형, 층상 구조의 방향성 구조체를 만들 수 있었다. 건조 과정의 에너지는 나노로드 리간드와 폴리머의 상호작용을 통해 형성되는 구조체의 에너지원이 된다. 또한 나노로드와 결합되는 폴리머 체인의 변형과 관련된 엔트로피와 개개의 나노로드의 상호작용을 위한 에너지원이 될 수 있다. 연구팀은 활성화된 에너지 분포가 초분자의 모폴로지 변경 및 나노로도의 방향성을 결정하는 주요 인자가 된다는 사실을 발견하였다. 또한 이러한 것은 블록 공중합체의 옆면 체인의 작은 분자들의 모양을 변경함으로써 간단하게 수행할 수 있다는 사실을 확인하였다.
연구팀은 나노입자의 배열을 조절할 수 있는 기술은 나노복합체의 전기적 전도성과 재료 강도를 향상시키는 네트워크 구조물을 만드는 데 주요한 기반 기술이 될 것으로 기대하며, 또한 초고속의 컴퓨터, 초고해상도 광학현미경을 위한 유망한 소재로 주목을 받고 있는 플라즈모닉 물질 개발에도 활용될 수 있을 것이라고 밝혔다.
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