사마귀딱정벌레(Scarabs) 딱지(exoskeleton)를 적용하여 자성 플라즈모닉 금/산화철 나노와이어의 Bouligand 메타-어셈블리를 제조하였다. 제어된 두께를 갖는 얇은 금속 백금층을 스퍼터 코팅하여 제작한 구조는 자외선 및 가시광 파장 범위에서 전송 모드의 증폭되고 조절 가능한 원형이색성(CD), 산란 반사 원형이색성(DRCD), 그리고 자기 원형이색성(MCD) 모드를 나타낸다. 전송 CD 스펙트럼에서 양면성(bisignate) Cotton 효과의 강한 증진이 30 nm 두께의 백금층을 추가함으로써 관찰되었으며, DRCD 모드에서는 10 nm 두께의 더 얇은 금속 코팅층이 가장 강한 증진 효과를 제공하였다. 또한 MCD 연구와 계산적 광학 시뮬레이션을 통해, 금속 코팅층의 증진 효과의 기원은 플라즈모닉 결합의 독특한 상호작용, 향상된 흡수/반사, 그리고 키랄성의 순응(conformal) 유전(inheritance)으로 확인되었다. 용이한 생체모방 제조 기법은 키로옵티컬(chiroptical) Cotton 효과에 대해 다중 모달 제어를 제공하며, 구조적 색채(structural coloration), 위장(camouflage) 포토닉스, 위조 방지, 키랄 감지(chiral sensing), 및 비대칭 촉매화(asymmetric catalysis) 분야에 대한 가능성을 제시한다.

고체상 배터리는 에너지 저장 기술의 다음 단계로서 널리 인정되고 있다. 이러한 충전식 배터리에 대한 최근의 개발 진전은 상용 가능성 달성을 향한 궤적을 특히 빠르게 가속시켰다. 특히, 리튬-황 가역 레독스 과정을 기반으로 하는 전고체 리튬-황 배터리(all-solid-state lithium-sulfur batteries, ASSLSBs)는 기존의 리튬-이온 배터리를 능가하는 에너지 저장 시스템으로서 막대한 잠재력을 지닌다. 이는 주로 이들의 우수한 에너지 밀도, 연장된 작동 수명, 그리고 향상된 안전성 특성에 기인한다. 이러한 장점에도 불구하고 ASSLSB의 상업 부문 도입은 더디게 진행되어 왔다. 본 논문은 해당 분야의 연구개발을 가속하기 위해 ASSLSB의 현재 상태를 포괄적으로 검토한다. 우리는 ASSLSB로 전환하는 근거에 대한 심층적인 분석을 수행하고, 관련된 기본 과학 원리를 탐구하며, ASSLSB가 직면한 주요 과제에 대한 종합적 평가를 제공한다. 또한 향후 연구는 비활성 물질의 존재를 현저히 감소시키고, 최적의 성능을 갖는 전극을 도입하며, 계면 저항을 최소화하고, ASSLSB의 상용화를 촉진하기 위한 확장 가능한 제조 접근법을 설계하는 데 우선순위를 두어야 한다고 제안한다.

층상(레이어드) 전이금속 칼코게나이드 나노구조의 전형적인 예인 FeSe 양자점(QDs)은 최근 독특한 광학 특성, 즉 다색 여기 의존 발광(Multicolored excitation dependent emission, MEDE) 특성으로 인해 주목받기 시작했으며, 이는 기존의 Kasha–Vavilov 규칙을 깨는 동시에 생물학적 분야 및 광학/전자 감지와 이미징에의 응용 가능성도 지닌다. 본 논문에서는 FeSe QDs를 수계 또는 유기계 합성으로 대량 생산할 수 있도록 견고하고 최적화된 합성 프로토콜을 제시한다. 합성 조건은 재현성 실험을 수행한 후 용매, 전구체, 안정화제, pH, 온도, 농도, 반응 시간 등 불변한 합성 파라미터를 얻기 위해 세심하게 비교하였다. 또한 추가적인 환경 및 생물학적 응용 가능성을 위해 상전이 및 PEGylation(PEG화)과 같은 후처리 절차 역시 최적화하였다. 스케일 업 실험에서는 5 L 반응기를 사용하여 배치당 약 55 g의 QDs를 생산하였으며, 이는 견고한 광학 MEDE 특성을 보여주었다. 가장 최적화된 실험 조건에서는 전형적인 합성 조건인 pH 9.0, 4 h 환류 동안 95 °C에서 양자 수율(QY) 최대 60%에 도달했고, 생산 수율은 약 20%였다. 이러한 고형광성 QDs는 생물학적 형광 표지자뿐만 아니라 차세대 QD 디스플레이에 잠재적으로 적용될 수 있다.

사마귀딱정벌레(Scarabs) 딱지(exoskeleton)를 적용하여 자성 플라즈모닉 금/산화철 나노와이어의 Bouligand 메타-어셈블리를 제조하였다. 제어된 두께를 갖는 얇은 금속 백금층을 스퍼터 코팅하여 제작한 구조는 자외선 및 가시광 파장 범위에서 전송 모드의 증폭되고 조절 가능한 원형이색성(CD), 산란 반사 원형이색성(DRCD), 그리고 자기 원형이색성(MCD) 모드를 나타낸다. 전송 CD 스펙트럼에서 양면성(bisignate) Cotton 효과의 강한 증진이 30 nm 두께의 백금층을 추가함으로써 관찰되었으며, DRCD 모드에서는 10 nm 두께의 더 얇은 금속 코팅층이 가장 강한 증진 효과를 제공하였다. 또한 MCD 연구와 계산적 광학 시뮬레이션을 통해, 금속 코팅층의 증진 효과의 기원은 플라즈모닉 결합의 독특한 상호작용, 향상된 흡수/반사, 그리고 키랄성의 순응(conformal) 유전(inheritance)으로 확인되었다. 용이한 생체모방 제조 기법은 키로옵티컬(chiroptical) Cotton 효과에 대해 다중 모달 제어를 제공하며, 구조적 색채(structural coloration), 위장(camouflage) 포토닉스, 위조 방지, 키랄 감지(chiral sensing), 및 비대칭 촉매화(asymmetric catalysis) 분야에 대한 가능성을 제시한다.

고체상 배터리는 에너지 저장 기술의 다음 단계로서 널리 인정되고 있다. 이러한 충전식 배터리에 대한 최근의 개발 진전은 상용 가능성 달성을 향한 궤적을 특히 빠르게 가속시켰다. 특히, 리튬-황 가역 레독스 과정을 기반으로 하는 전고체 리튬-황 배터리(all-solid-state lithium-sulfur batteries, ASSLSBs)는 기존의 리튬-이온 배터리를 능가하는 에너지 저장 시스템으로서 막대한 잠재력을 지닌다. 이는 주로 이들의 우수한 에너지 밀도, 연장된 작동 수명, 그리고 향상된 안전성 특성에 기인한다. 이러한 장점에도 불구하고 ASSLSB의 상업 부문 도입은 더디게 진행되어 왔다. 본 논문은 해당 분야의 연구개발을 가속하기 위해 ASSLSB의 현재 상태를 포괄적으로 검토한다. 우리는 ASSLSB로 전환하는 근거에 대한 심층적인 분석을 수행하고, 관련된 기본 과학 원리를 탐구하며, ASSLSB가 직면한 주요 과제에 대한 종합적 평가를 제공한다. 또한 향후 연구는 비활성 물질의 존재를 현저히 감소시키고, 최적의 성능을 갖는 전극을 도입하며, 계면 저항을 최소화하고, ASSLSB의 상용화를 촉진하기 위한 확장 가능한 제조 접근법을 설계하는 데 우선순위를 두어야 한다고 제안한다.

층상(레이어드) 전이금속 칼코게나이드 나노구조의 전형적인 예인 FeSe 양자점(QDs)은 최근 독특한 광학 특성, 즉 다색 여기 의존 발광(Multicolored excitation dependent emission, MEDE) 특성으로 인해 주목받기 시작했으며, 이는 기존의 Kasha–Vavilov 규칙을 깨는 동시에 생물학적 분야 및 광학/전자 감지와 이미징에의 응용 가능성도 지닌다. 본 논문에서는 FeSe QDs를 수계 또는 유기계 합성으로 대량 생산할 수 있도록 견고하고 최적화된 합성 프로토콜을 제시한다. 합성 조건은 재현성 실험을 수행한 후 용매, 전구체, 안정화제, pH, 온도, 농도, 반응 시간 등 불변한 합성 파라미터를 얻기 위해 세심하게 비교하였다. 또한 추가적인 환경 및 생물학적 응용 가능성을 위해 상전이 및 PEGylation(PEG화)과 같은 후처리 절차 역시 최적화하였다. 스케일 업 실험에서는 5 L 반응기를 사용하여 배치당 약 55 g의 QDs를 생산하였으며, 이는 견고한 광학 MEDE 특성을 보여주었다. 가장 최적화된 실험 조건에서는 전형적인 합성 조건인 pH 9.0, 4 h 환류 동안 95 °C에서 양자 수율(QY) 최대 60%에 도달했고, 생산 수율은 약 20%였다. 이러한 고형광성 QDs는 생물학적 형광 표지자뿐만 아니라 차세대 QD 디스플레이에 잠재적으로 적용될 수 있다.

하이브리드 자성-플라즈모닉 나노입자(MagPlas NPs)에서 쉘(shell)을 구현함으로써, 높은 조절 가능성과 반응성을 갖춘 찬란하면서도 비진노화(비이리데슨트) 구조색(structural colors)을 만들어 내는 데 필요한 선택지 간의 상충관계를 극복할 수 있다. 이러한 특성은 정교한 장비 없이도 육안으로 검출이 가능한, 매우 민감하고 신뢰할 수 있는 다양한 유형의 색도계(colorimetric) 센서를 제작할 수 있게 한다. 또한, 대면적 구조색 패턴이 손쉽게 구현되어, 본 접근법이 전 스펙트럼 디스플레이, 능동 코팅, 그리고 재기록 가능한 종이 전반에 적용될 높은 잠재력을 보여준다.

셀룰로오스-종이형 표면강화 라만 산란(SERS) 기판은 경제적인 고성능 분자 센서를 구축하는 데 유망한 것으로 보고되었다. 그러나 기존의 종이 기반 SERS 기판 제조 방법은 복잡하다. 이에 본 연구에서는 간단하고 친환경적인 공정인 건식 플라즈마 환원(DPR, dry plasma reduction)을 적용하여 Au 나노입자(AuNP)가 함침된 셀룰로오스 섬유 표면을 갖는 종이 기반 SERS 기판을 개발하고자 하였다. DPR 동안 주입된 풍부한 전자에 의해 섬유 표면에 사전 흡착된 Au 이온을 환원하였고, 고에너지 Ar 이온 폭격을 통해 AuNP로 성장시켰다. 나노미터 스케일의 간극과 SERS 핫스팟을 갖는 AuNP가 풍부해진 AuNP–셀룰로오스 종이의 섬유 표면은 광대역 흡수와 1.7 × 107에 달하는 큰 SERS 증강 인자(SERS enhancement factor)를 나타냈다. AuNP–셀룰로오스 종이의 SERS 감도를 활용하여 불법적으로 첨가된 우유 오염물질인 멜라민을 무표지(label-free)로 검출하였다. 이 AuNP–셀룰로오스 종이는 시료 전처리 후 우유에서 혼입된 멜라민에 대해 낮은 검출한계(23 nM(2.9 ppb))를 보였을 뿐 아니라, 전처리 없이도 분유 및 저지방 우유에서 30초 이내에 멜라민 0.2 ppm을 신속하게 검출할 수 있었으며, 이는 주성분 분석(PCA, principal component analysis) 방법의 지원을 받았다. 저비용이며 저-ppb 수준의 무표지 분자 감지를 가능하게 하는 AuNP–셀룰로오스 종이는 환경 및 생의 biomedical(의료) 응용을 위한 실현 가능한 SERS 센서가 될 수 있다.