도쿄--(뉴스와이어)--다나까귀금속그룹의 제조 사업을 전개하는 다나까귀금속공업주식회사(본사: 도쿄도 치요다구, 대표이사 사장 집행임원: 다나카 코이치로)가 높은 분산 안정성으로 고농도 조제 가능한 ‘금 나노쉘 입자(*1)’를 개발했다고 밝혔다.

이번 제품은 실리카 등의 입자 표면을 두께 약 10nm의 대단히 얇은 금 층(쉘)으로 덮도록 설계하고 있어 강한 표면 플라즈몬 공명(*2)을 보인다. 또한 수용액 중 및 극성 용매 중에서의 높은 분산 안정성에 의해 현재 시판되는 금 나노 입자에 비교해 100~1000배 높은 농도로 분산액을 조제할 수 있다.

금 나노쉘 입자 전체의 크기는 80nm~250nm의 범위로 제어할 수 있어 폭넓은 광학 특성을 가지게 할 수 있다. 특히 고농도로 조제된 입자 직경 수백 nm사이즈의 콜로이드는 콜로이드 결정 등 3차원적으로 집적하고 구조화하기가 쉬워서 다양한 광학 재료로의 응용을 기대할 수 있다.

◇제품 특징

1.두께 10nm인 금 나노쉘

금 나노쉘 입자가 보여주는 표면 플라즈몬 공명은 쉘의 두께가 얇을수록 입사한 빛을 효율적으로 흡수할 수 있다. 기존에 시판되는 제품과 비교해도 이 제품은 10nm 미만의 대단히 얇은 쉘 두께를 실현하고 있다. 이로 인해 입사광의 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있으며, 입자 전체의 비중이 가벼워지기 때문에 분산 안정성에도 기여한다.

2.물 및 유기용제 안에서 안정되게 분산

통상적으로 입자 직경 수백 nm사이즈인 금 나노 입자는 입자 농도를 높게 하면 자기 응집해 침강하지만, 이 제품은 입자 표면을 적절한 보호제로 보호함으로써 물 및 알코올 등의 극성 유기용제 안에서 안정적으로 분산할 수 있다. 보호제로 보호된 입자는 20 중량% 이상으로 조제할 수 있어 고농도의 입자 분산액을 필요로 하는 프로세스에도 이용할 수가 있다. 또한 유기용제 안에 분산한 금 나노쉘 분산액은 속건성에도 뛰어나고, 다양한 형상의 소재에 도포하는 것도 가능하다.

3.고농도의 금 나노쉘 분산액을 건조하기만 하면 SERS 기판 제작 가능

귀금속 나노 입자가 나타내는 SERS (표면 증강 라만 산란)(*３)는 귀금속 나노 입자가 집적한 때의 입자와 입자 간의 갭에서 특히 강하게 발현한다. 이렇게 SERS가 강하게 발현하는 곳은 핫스폿이라고 불리며, 재현성이 좋게 핫스폿을 형성하는 것이 SERS 기판을 제작할 때는 중요하다. 종래에는 표면에 미세한 요철을 지니는 귀금속 기판이 이용됐지만 재현성이 낮은 등의 문제가 있었다.

다나까귀금속공업은 이번에 SERS 여기광의 파장 부근에 표면 플라즈몬 공명을 지니는 금 나노쉘 입자를 설계해 고농도 분산액을 건조하기만 하면 핫스폿이 밀집한 SERS 기판을 제작할 수 있다는 점을 확인했다.

이 제품은 위에서 설명한 것과 같은 특징에 의해 콜로이드 결정, 표면 증강 라만 산란, 광열 변환 재료 등 가시광에서 근적외광 영역의 빛에 반응하는 광학 재료로서의 이용과 고화질을 추구하는 액정에 채용되는 광학 디스플레이나 광 센싱, 플라즈모닉 나노 안테나, 암 검사 등에 이용할 수 있는 바이오 센서 등의 광학기기로의 응용을 기대할 수 있다.

이 제품의 샘플 제공에 대해서는 개별적으로 순차 대응할 예정이다.

*1. 금 나노쉘 입자: 무기재료 콜로이드, 금속 콜로이드 또는 고분자 콜로이드 등을 코어 입자로 하고, 코어 입자 표면에 두께가 나노 미터 단위인 금 층(쉘)을 형성한 입자다. 쉘의 두께, 코어의 크기, 그리고 코어의 재질에 따라 순수한 금 나노 입자와는 다른 다양한 광 응답성을 보인다.

*2. 표면 플라즈몬 공명: 금속 나노 입자의 표면에서 금속 중의 자유전자의 진동과 입사광이 공명하는 현상이다. 금 나노쉘 입자가 선명한 색채를 띠는 것은 이 현상 때문이다.

*3. SERS (표면 증강 라만 산란): 빛을 물질에 조사한 때에 입사광과는 다른 파장이 물질에서부터 산란된다. 이 입사광과는 다른 파장의 산란광은 라만 산란광이라고 불린다. 각 물질은 각각 특유의 라만 산란 스펙트럼을 보인다. 따라서 라만 산란 스펙트럼을 측정하면 어떤 물질이 존재하는지에 관한 정보를 얻을 수가 있는데, 미량의 물질을 검출하려면 라만 산란광을 증강할 필요가 있다.

SERS (표면 증강 라만 산란)이란, 요철을 가진 귀금속 표면이나 귀금속 콜로이드 간의 틈과 같은 곳에 물질이 흡착한 때에 라만 산란광의 강도가 증폭되는 현상을 뜻한다. 라만 산란의 증강에 적합한 귀금속 표면을 설계하면 더 적은 분자를 검출할 수 있게 되므로 마약 검출이나 암 진단 등의 분야에서의 응용이 기대되고 있다.

다나까 귀금속 그룹 개요

다나까 귀금속 그룹은 1885년 창업 이래, 귀금속을 중심으로 한 사업 영역에서 폭넓은 활동을 전개해 왔다. 국내에서는 톱클래스의 귀금속 취급량을 자랑하며, 오랜 기간에 걸쳐 산업용 귀금속 제품의 제조·판매 및 보석 장식품이나 자산으로서의 귀금속 상품을 제공하고 있다. 귀금속 분야에 종사하는 전문가 집단으로서 국내외의 그룹 각사가 제조, 판매 그리고 기술 개발에 연계·협력해 제품과 서비스를 제공하고 있다. 2020년도(2021년 3월 말 결산)의 연결 매출액은 1조4256억엔, 5193명의 직원이 있다.