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인도 공과대학(Indian Institute of Technology), 미국 캔자스 주립대학(Kansas State University), 일리노이 대학(University of Illinois at Chicago)의 연구진은 적층된 2차원 재료인 질화붕소를 변형시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 변형된 질화붕소는 전자장치, 바이오센서, 비행기 등에 사용되는 재료들과 결합될 수 있다. 이것은 기존 재료의 성능을 매우 향상시킬 수 있을 것이다. 과학자들은 질화붕소의 독특한 특성 때문에 이것에 큰 관심을 보였다. 질화붕소는 강하고 매우 얇고 투명하고 단열이 되고 가볍고 우수한 열 전도성을 가지고 있기 때문에 이론적으로 완벽한 재료이다. 그러나 화학물질에 대한 질화붕소의 저항성과 분자 결합의 부족 때문에 다른 재료와의 결합이 어려웠다. 이번 연구진은 질화붕소를 초산(超酸, superacid)으로 처리하면 층이 자발적으로 분리된다는 것을 처음으로 발견했다. 이런 분리는 나노입자, 분자, 기타 2차원 나노물질과 결합할 수 있는 새로운 기회를 제공한다. 질화붕소는 끈적끈적한 종이가 적층된 것과 같은 구조를 가지고 있고, 이것을 클로로설펀산(chlorosulfonic acid, 초산의 일종)으로 처리하면 질화붕소 층에 양전하가 도입된다. 이것은 동일한 극성을 가진 자석처럼 양으로 대전된 질화붕소 층들이 서로에 대해서 반발하게 만든다. 분리된 질화붕소 층의 표면은 양전하를 띠고 있고 이것은 화학적 활성을 높인다. 내부 및 모서리 질소 원자들의 양성자화는 다른 물질과 결합될 수 있는 구조를 만든다. 이것은 차세대 분야에 적용되는 복합 재료를 개선할 수 있는 새로운 기회를 제공한다. 붕소와 질소는 주기율표상에서 탄소의 왼쪽과 오른쪽에 존재하기 때문에 질화붕소는 탄소 기반의 그래핀와 등(等)구조와 등(等)전기적인 특성을 가진다. 이것은 두 물질이 원자 결정 구조와 전체 전자 밀도가 유사하다는 것을 의미한다. 이 연구는 광전기적 장치와 압전기 장치와 같은 모든 종류의 전기 장치, 태양전지의 부동태 층과 의료용 진단 장치와 같은 다른 분야까지 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Introduction of Protonated Sites on Exfoliated, Large-Area Sheets of Hexagonal Boron Nitride” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acsnano.8b03651). |
