초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 결정핵이 형성(nucleation)되는 순간을 포함한 나노결정(nanocrystal)의 초기성장 과정(early-stage growth)을 개별 원자의 움직임이 보이는 공간분해능(~0.1nm)과 높은 시간분해능(400 - 1200 frames/sec)으로 직접 관찰하여 그 과정을 분석하는 것을 목표로 한다. 기존에 투과전자현미경(TEM)이나 주사탐침현미경(SPM)을 이용하여 물질 성장의 과정을 실시간(in-situ)으로 관찰하는 연구가 널리 이루어져 왔으나, 측정 성능의 한계(주로 시간분해능의 한계)와

□ 연구개요
본 연구는 결정핵이 형성(nucleation)되는 순간을 포함한 나노결정(nanocrystal)의 초기성장 과정(early-stage growth)을 개별 원자의 움직임이 보이는 공간분해능(~0.1nm)과 높은 시간분해능(400 - 1200 frames/sec)으로 직접 관찰하여 그 과정을 분석하는 것을 목표로 한다. 기존에 투과전자현미경(TEM)이나 주사탐침현미경(SPM)을 이용하여 물질 성장의 과정을 실시간(in-situ)으로 관찰하는 연구가 널리 이루어져 왔으나, 측정 성능의 한계(주로 시간분해능의 한계)와 물질 성장을 일으킴과 동시에 측정을 수행해야하는 어려움으로 인해 초기단계의 실시간 측정은 아직 이루어지지 못하였다. 따라서, 본 연구는 “1) 새로운 나노물질인 AuCN 나노와이어로 시편을 제작, 2) 시편의 substrate로 그래핀(free-standing graphene)을 사용, 3) 세계 최고 성능의 TEM(미국 로렌스 버클리 네셔널랩과 공동연구)으로 in-situ 관찰” 이라는 세 가지 창의적이고 도전적인 수단을 사용해 기존 연구의 한계를 극복하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 금 나노결정이 그래핀 표면 위에서 자라나는 현상을 고성능 투과전자현미경으로 관찰하여, 결정핵이 형성되는 순간(nucleation)과 초기성장 과정을 개별 원자의 움직임이 보이는 공간분해능(~0.1 nm)과 높은 시간분해능(400 - 1200 frames/sec)으로 분석하는 것이다. 이를 위하여 본 연구팀은 먼저 그래핀 위에 AuCN 나노와이어를 합성한 시편을 나노 및 마이크로 공정 기법을 이용하여 제조하는 방법을 확립하였고, 그 다음에는 제조된 시편에서 일어나는 변화를 고성능 in-situ TEM을 이용하여 동영상(공간분해능: 0.1 nm 이하, 시간분해능: 400 및 800 frames/sec)으로 촬영하였으며, 마지막으로 촬영된 동영상의 영상분석을 통하여 결정핵 형성의 이론을 검증하였다. 본 연구개발사업의 연구결과는 기존 연구에서 관찰된 적 없는 핵형성 및 결정성장의 초기과정을 직접적으로 관찰하여 분석하는 영역으로의 확장을 가능하게 하여, 핵형성 및 초기 결정성장 과정에서 비결정 구조가 빈번하고 반복적으로 출현한다는 새로운 현상의 발견을 수행하였으며, 이를 통하여 기존 이론의 새로운 실험적 검증 및 규명을 추진하였다. 이러한 연구결과를 이용하여 본 연구팀은 총 2년의 연구기간동안 분야 상위 3%인 SCI 저널 논문 두편과 SCOPUS 저널 논문 한편을 출판하고, 국내특허 한편을 출원할 수 있었다. 즉, 본 연구개발사업은 당초의 연구 목표가 성공적으로 달성된 연구결과를 얻었다 할 수 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구개발사업에서는 기존 연구에서 관찰된 적 없는 핵형성 및 결정성장의 초기과정을 직접적으로 관찰하여 분석하려는 목표를 달성하여, 핵형성 및 초기 결정성장 과정에서 비결정 구조가 빈번하고 반복적으로 출현한다는 완전히 새로운 현상을 발견하였다. 이 측정결과를 이용하여 기존 이론의 새로운 실험적 검증 및 규명이 가능하므로, 핵형성 및 결정성장에 관한 학문적 이해를 새로운 수준으로 끌어올릴 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 학문적 진보는 기술적/경제적 측면에서의 발전을 가져올 수 있는데, 특히 본 연구에서 직접 관찰/분석될 대상은 박막 형성 공정이므로 이 공정이 중요한 역할을 차지하고 있는 반도체 제조 산업에 큰 파급효과를 낼 수 있다. 또한 본 연구는 그래핀-나노파티클 복합물질을 포함한 여러 나노물질의 제조에 적용될 수 있으므로, 미래의 산업적 응용 분야도 매우 넓다고 여겨진다. 마지막으로 본 연구에서는 다양한 영역의 연구방법론이 다학제간 연계를 통해 사용되므로, 여러 분야를 폭넓게 이해하고 융합할 수 있는 전문화된 인재가 육성되는 효과 또한 충분하다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• (1) 연구목표 대비 연구수행내용과 연구결과의 개요 ... 6
• (2) 나노결정 핵형성 과정의 고성능 in-situ TEM 동영상 촬영 및 분석 ... 7
• (3) 전산모사(simulation)를 이용한 분석 ... 9
• (4) 핵형성(nucleation) 과정 내 비결정(amorphous) 상태 ... 10
• (5) 두 나노결정의 coalescence 과정에 대한 고성능 in-situ TEM 동영상 촬영 및 분석 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• (1) 국내외 관련 연구동향 ... 14
• (2) 본 연구결과의 창의성(원천성) 및 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 31