KIC News, Volume 12, No. 5, 2009 33
소그라피와 반응성 이온 에칭 기술을 이용하여 시트를 직접 가공함으로써, 전자를 가두는 2개의 근접한 양자점과 전기전도를 제어하는 전극 등의 디바이스 구조를 모두 1장의 그래핀 시트에 제 작했다. 그리고 양자점 중에 전자가 1개씩 들어가는 단일전자 디바이스 동작의 실증과 2개의 양 자점간의 전자 결합을 그래핀 게이트 전극에 의해 변화시키는 데 성공하여 가장 기본적인 집적 화 나노 디바이스인 결합 양자점 소자를 실현하였다.
양자점은 단전자 소자 및 양자 비트의 기본구조로, 본 연구에 의해 새로운 탄소 재료에 의한 집적화 나노 디바이스 개발 가능성이 보여짐으로써 그래핀 재료를 채용한 단전자 일렉트로닉스 나 양자 컴퓨터 등 ‘Beyond CMOS’라 불리는 신기능 나노 일렉트로닉스의 디바이스 개발이 진전 될 것으로 기대된다.
Figure 1. 제작된 그래핀 결합 양자점 소자 구조의 전자현미경사진(짙은 회색의 부분이 그래핀 시트이며, 엷은 회색의 부분이 나노 미세가공 프로세스에 의해 그래핀 시트를 깎아 낸 부분).
출처: NIMS 2009.07.10(www.nims.go.jp) 소 대 섭 (KISTI)
교토대 외, 높은 프로톤 전도성을 나타내는 다공성 고체 전해질 합성에 성공
쿄토대학(京都大學)과 과학기술진흥기구(JST) 연구그룹은 가나자와대학(金澤大學)과 협력하여 고체 중에 규칙적인 나노 세공을 만들고 그 안에 프로톤(proton)을 갖는 유기분자를 규칙적으로 배치함으로써, 습도 0, 온도 100 ℃ 이상의 환경에서 높은 전도성을 보이는 연료전지용의 고체 전 해질을 합성하는 데 성공했다. 또한 핵자기공명(NMR) 측정을 이용하여 전도 메커니즘을 해석하 는 데도 성공했다.
쿄토대학 물질-세포통합 시스템거점(iCeMS)의 기타가와 스스무(北川進), JST 전략적 창조연 구추진사업 ERATO형 연구 ‘기타가와(北川) 통합 세공 프로젝트’의 Bureekaew Sareeya 연구원,
34 공업화학 전망, 제12권 제5호, 2009
호리게 사토시(堀毛悟史) 박사 등의 연구그룹이 나노 세공 물질의 합성 및 유기분자의 도입에 의한 프로톤 전도성복합체를 합성하고, 가나자와 대학의 미즈노(水野元博) 교수 그룹이 NMR측 정을 통해 프로톤 전도의 메커니즘을 분자 수준에서 해석하였다. 약 1 nm의 규칙적인 세공을 갖 는 다공성 금속착체를 이용하면 프로톤을 갖는 작은 유기분자가 높은 운동성을 유지하면서 받아 들이게 된다. 그리고 세공에서 유기분자가 빠르게 여기저기 움직여, 그 결과 프로톤을 수송하게 된다. 유기분자에 이미다졸(imidazole) 분자를 채용하여, 이 다공성 금속착체-이미다졸 복합체는 100 ℃ 이상에서도 안정적으로 높은 프로톤 전도성을 갖는 것을 알아냈다. 그리고 이 합성법의 큰 과제였던 높은 온도범위(100∼300 ℃) 및 무가습 환경에서 작동하는 연료전지용의 고체 전해 질의 개발에 유망한 것을 알아냈다. 이 유기분자를 다공성 금속착체에 도입하는 방법은 다양한 조 합으로 간편하게 적용할 수 있어, 새로운 프로톤 전도성 재료의 합성에 이용될 것으로 기대된다.
※ 발표논문: Sareeya Bureekaew, Satoshi Horike, Masakazu Higuchi, Motohiro Mizuno, Takashi Kawamura, Daisuke Tanaka, Nobuhiro Yanai & Susumu Kitagawa, “One-dimen- sional imidazole aggregate in aluminium porous coordination polymers with high proton conductivity", Nature Materials, 6 September 2009 | doi:10.1038/nmat2526
Figure 1. 나프탈렌디카르복시산과 알루미늄 이온으로 다공성 금속착체를 합성하고 이미다졸을 세공에 넣 으면 고체 중에 프로톤 전도가 일어난다.
출처: JST 2009.09.07(www.jst.go.jp) 이 준 우 (KISTI)
