나노포러스 금의 리가먼트 조대화에 따른 3차원 형상 분석

Abstract

나노포러스 금(Nanoporous gold)은 나노크기의 리가먼트(고체 부분)와 기공으로 구성된 복연속성(bicontinuous)의 open-cell 구조를 가지는 소재로서, 낮은 상대밀도와 높은 비표면적 특성으로 인해 촉매, 센서, 엑추에이터 등의 다양한 분야에서 각광받고 있는 재료이다. 나노포러스 금의 기계적 물성은 일반적인 open-cell 구조와 마찬가지로, 상대밀도 증가에 따라 강도가 증가하는 경향을 보이는데, 이러한 경향은 Gibson-Ashby 모델을 통해 유추할 수 있으며, 많은 선행연구들을 통해 잘 밝혀져 있다. 뿐만 아니라, 리가먼트 크기는 나노포러스 금의 기계적 성질을 결정하는 중요한 요소로 작용하며, 나노포러스 금의 열처리를 통한 리가먼트 크기 제어를 통해 기계적 물성을 설계할 수 있다. 하지만, 나노포러스 금의 복연속성 open-cell 구조 특성으로 인해 상대밀도 및 리가먼트 크기 외에도, 구조의 형태, 연결성, 비표면적 등 복합적인 요소 의한 기계적 물성 변화가 예상된다. 위와 같은 복합적인 요소들이 나노포러스 금의 기계적 물성에 미치는 영향에 대한 분석은 현재까지 미미하기 때문에, 열처리를 통한 리가먼트 크기 변화에 따른 나노포러스 구조의 변화를 분석하고, 나노포러스 구조와 기계적 물성의 상관관계에 대한 규명이 요구된다. 이러한 사안에 착안하여, 본 연구에서는 나노포러스 금의 열처리에 따른 구조 변화를 관찰하고, 이와 기계적 물성의 관계를 분석하였다. 디얼로잉(dealloying) 공정을 통해 제작된 나노포러스 금을 다양한 열처리 조건을 통해 다양한 리가먼트 크기를 가지는 나노포러스 금을 제작하였으며, 이에 대한 FIB/SEM 이중-빔 3D 복원을 진행하였다. 다양한 리가먼트 크기를 가지는 나노포러스 금의 3D 복원 자료를 이용하여, 열처리에 따른 나노포러스 금 구조의 변화를 위상학, 형상학적 측면에서 분석하였다. 나아가, 이에 대한 인장 및 압축 실험을 통해 나노포러스 금의 구조가 기계적 성질에 미치는 영향에 대해 논의하였다.