붕소 질화물 표면을 개질할 수 있는 플라즈마 처리 기술 :: 산업뉴스

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일본 연구진은 붕소 질화물 표면을 개질할 수 있는 새로운 플라즈마 처리 기술을 개발했다.

나노구조로 된 붕소 질화물은 뛰어난 기계적 및 열적 특성을 가지고 있기 때문에 기술적으로 중요한 재료이다. 이것은 다양한 전자장치 및 광전자장치 분야에 이상적이고, 두 개의 재료들이 매우 유사한 격자 상수를 가지고 있기 때문에 그래핀 장치를 위한 우수한 지지체로서 작용할 수 있다. 그러나 붕소 질화물은 화학적으로 불활성이고 소수성이기 때문에 기능화하는데 매우 어렵다. NIMS(National Institute for Materials Science)의 연구진은 이 문제를 극복하는데 도움을 줄 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 방법은 재료에 수산기를 첨가하기 위해서 간단한 단일-단계 플라즈마 보조 기술을 사용했다.

“우리의 기능화 기술은 붕소 질화물 구조 위에 수산기의 농도를 조절할 수 있게 한다”고 Amir Pakdel이 설명했다. “이런 방법으로, 우리는 소수성 박막 위에 초친수성, 친수성, 소수성 패턴을 제조할 수 있었다”고 Pakdel이 말했다.

Dmitri Golberg가 이끄는 이번 연구진은 "우리는 나노구조를 가진 붕소 질화물 박막 위에 방향성을 가진 젖음 특성을 쉽고 빠르게 만들 수 있었고, 이 기술은 재료 표면 위에 비대칭 나노구조를 제조할 수 있는 비용이 많이 들고 복잡한 방법과는 매우 다르다"고 말했다.

과학 기술의 많은 분야들은 재료 및 장치의 특성과 성능을 결정하는데 나노크기 표면 및 계면에 중요한 영향을 끼친다. 계면 상호작용이 중요한 역할을 하는 현상 중의 하나는 고체의 습윤성이다. 이번 연구진은 공유결합을 이용한 화학적 기능성에 의해서 표면 형상은 원래의 상태를 가지면서 붕소 질화물 나노구조 박막의 습윤성을 제어할 수 있는 손쉬운 플라즈마 방법을 사용했다.

이번 연구진은 전기로에서 화학 기상 증착법(chemical vapour deposition)으로 붕소 질화물 나노시트와 나노튜브 박막을 제조하였다. 그 후에, 이번 연구진은 대기 온도와 압력 하에서 작동하는 플라즈마 발생 장치를 이용해서 나노구조에 이온과 전자를 충돌시켰다. 결과적으로, 붕소 질화물 시트 및 튜브의 모서리, 벽, 평면은 수산기로 기능화되었다.

“이 기술은 간단하고 단일 단계로 구성된다”고 Pakdel이 말했다. “이것은 초음파를 보조 가수분해(ultrasonication-assisted hydrolysis), 용액-상 라디칼 기능화(solution-phase radical functionalization), 오토클레이브 속의 고온 및 고압 화학 반응에 의해서 붕소 질화물 나노시트 및 나노튜브를 기능화시키는 기존의 다단계 방법과는 구별된다”고 Pakdel이 설명했다.

이 기술은 붕소 질화물 나노구조에 기능성 기를 추가할 수 있게 한다. 이러한 기능기는 나노복합물 속의 금속과 폴리머와 같은 붕소 질화물과 외부 표면 간의 계면 접촉을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 하이브리드 구조들은 암 치료를 위한 약물 전달 캐리어와 물속의 염료, 오일, 유기 용매를 제거하기 위한 필터로서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Plasma-Assisted Interface Engineering of Boron Nitride Nanostructure Films”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nn5041729).