에피택셜 성장한 1차원 나노구조 합성:규화철 나노선, 코발트 나노선, 산화 코발트 나노튜브

Abstract

배향된 규화금속 시드 결정으로부터 에피택셜 성장한 규화금속 나노선의 합성 기상법을 이용하여 별도의 금속 촉매 없이 방향성 있게 성장한 FeSi 나노선을 m-plane sapphire 기판 위에 성공적으로 합성하였다. XRD와 TEM 결과로부터 합성된 FeSi 나노선이 simple cubic B20 구조를 갖는 것을 확인하였다. 또한 기판 위에 FeSi 나노선과 함께 다양한 형태를 갖는 seed 나노결정을 관찰하였다. 방향성 있게 성장한 나노선과 seed의 형태와 성장 방향(orientation) 이 유사한 것으로 보아, 나노선이 seed 나노결정으로 부터 성장한 것으로 예상된다. 한편, Si source 역할을 하는 graphite와 silicon 분말의 혼합 비율을 변경함으로써 FeSi 나노선의 직경 조절이 가능하다. 또한 기판 위에 특정한 방향으로 정렬된 나노선은 고집적화된 3D platform 을 제작하는 데 매우 유용하다. 따라서 방향성 있게 성장한 FeSi 나노선은 우수한 3D 나노소자의 발달에 큰 역할을 할 것으로 예상된다.

코발트 나노선 및 산화 코발트 나노 튜브의 합성 굉장히 잘 정렬된 단결정 코발트 나노선이 별도의 촉매 없이 단일 단계의 기상이동법을 통해 합성되었다. 전자 회절 및 엑스 선 회절 측정 결과로부터 나노선이 면심입방 결정 구조를 나타내는 단결정 코발트인 것을 확인하였다. 또한 코발트 나노선은 산소 분위기에서 고온 열처리를 거쳐 산화 코발트 나노튜브로 변환되었으며, 변환 전후의 두 가지 나노 구조의 형태 및 조성이 명백히 다름을 투과 전자 현미경 관찰을 통해 확인하였다. 나노튜브로의 변환은 산화와 열 확산 과정이 조합되어 발생한 것으로 생각된다. 합성한 수직성장 코발트 나노선은 강자성 특성을 나타내는 물질이기 때문에 고집적 자기 기록 장치의 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 또한 산화코발트 물질은 이성분 촉매, 리튬 이온 배터리의 음극 물질, 태양 에너지 흡수체 등 다양한 잠재적 응용성을 나타낸다.