KITECH 생산기술 전문지

메조포러스 금속 박막은 기공 크기가 2 나노미터에서 50 나노미터에 이르는 규칙적인 다공성 구조를 가진 금속의 얇은 층으로 구성된 나노물질의 한 유형이다 [1]. 일반적인 다공성 금속 필름은 다양한 크기와 모양의 기공들이 서로 무작위로 연결되어 3차원 기공 네트워크를 구성하는 반면에, 메조포러스 금속 박막은 기공의 크기와 모양에 있어서 매우 규칙적으로 정렬된 구조를 가진다. 이와 같은 메조포러스 구조는 높은 표면적, 빠른 확산 경로, 균일한 광학적·열적 물성 등을 제공하기 때문에 촉매, 센서, 에너지 변환, 약물방출, 조직공학 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다 [2]. 메조포러스 금속 박막의 규칙적이고, 정렬된 기공 구조는 수용액에서 블록 공중합체의 자기조립으로 형성된 미셀을 템플레이트로 적용하고, 금속이온과 결합할 수 있는 환경을 조성함으로써 구현된다. 여기에 적정 전류를 인가함으로써 메조포러스 금속 박막을 얻을 수 있으며, 환원제 투입 등을 통해 메조포러스 금속 나노입자를 합성할 수도 있다 [2]. 그리고, 메조포러스 금속 박막의 기공 크기는 블록 공중합체의 종류에 의해 주로 결정되며, 전해 도금 시간을 통해 박막의 두께를 제어할 수 있다. 그러나, 메조포러스 금속 박막이 구현되는 도금액의 조성 범위가 상당히 좁아 다양한 종류의 금속에 대한 메조포러스 박막 구현 사례가 많지 않다. 이는 블록 공중합체의 종류와 농도에 따라서 금속이온과의 상호작용이 달라지고, 동일한 블록 공중합체라고 하더라도 금속이온의 종류와 그 농도에 따라서 다른 상호작용을 보이기 때문이다. 그리고, 블록 공중합체 미셀 보다 작은 크기의 기공을 구현하는 것은 근본적으로 불가능하므로 표면증강라만산란이나 멤브레인 반응기 등과 같은 나노 스케일 또는 그 이하의 물리화학 공정에 적용하는 데에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 전해 도금 공정을 통해 메조포러스 팔라듐 박막을 구현하고, 이 위에 갈바닉 치환 방식의 무전해 도금으로 금속을 올려 기공의 크기를 메조 스케일 이하로 낮추고자 하였다. 무전해 도금을 이용함으로써, 금, 은, 니켈 등 팔라듐이 아닌 이종 금속으로 표면을 치환하는 것이 가능하였으며, 이를 통해 표면증강라만산란에 최적화된 나노포러스 금속 박막을 제조하고자 하였다.