화학은 1나노미터 이하의 크기를 갖는 원자(atom)들을 결합시켜 다양한 분자(molecule)나 고분자, 나노미터 크기의 입자(나노입자)를 생성하는 나노미터이하 건축단위 화학(subnanometer building block chemistry)과 1-10나노미터 크기를 갖는 고분자, 나노입자들을 서로 규칙적으로 결합시켜 새로운 신물질을 창출하는 나노미터 건축단위 화학(nanometer building block chemistry), 그리고 수십 나노미터에서 수십 마이크로미터 크기의 입자들을 서로 유기적인 결합을 통해 조직화시켜 새로운 물질 곧 첨단 신소재를 형성하는 마이크로미터 건축단위 화학(micrometer building block chemistry)으로 분류할 수 있는데 이들을 각각 제1세대 화학, 제2세대 화학, 제3세대 화학이라 간략하게 정의할 수 있다.
화학은 현재 다양한 분자, 고분자, 그리고 나노입자를 생성하고 그 구조와 물리적인 성질을 규명하는 제1세대 화학이 꽃을 피우고 있으며 가까운 미래의 화학인 고분자나 나노입자들을 유기적으로 결합시키고 조직화시키는 제2세대 화학쪽으로 진화해 가고 있으나 아직 제2세대 화학에서 그다지 큰 성과가 나오고 있지는 않고 있다. 본 연구단은 좀 더 먼 미래를 내다보고 마이크로미터 건축단위들을 결합을 통해 조직화시켜 첨단 신소재를 형성하는 연구를 수행하고 있다. 즉, 본 연구단은 제3세대 화학을 개척하고 확립시키고자 하는 원대한 포부를 가지고 연구에 임하고 있다. 이러한 연구는 전세계적으로 본 연구단만이 수행하고 있으며 이러한 관점에서 볼 때 본 연구단은 전 세계에서 가장 독창적이고 창의적이며 미래 지향적인 연구를 수행하고 있다고 말할 수 있다.
특히 본 연구단은 제올라이트 마이크로 결정들을 마이크로미터 건축단위로 사용하는점을 통해 본 연구단의 독창성을 더욱 부각시키고 있다. 제올라이트는 원래 실리콘과 알루미늄이 산소원자를 통해 삼차원적으로 연결되어 생성되는 일종의 무기고분자 물질로서 보통 0.1-10 μm 정도 크기의 미세한 결정으로 얻어진다. 이들은 종류에 따라 다양한 모양과 크기의 0.3-1.3 nm 크기의 나노세공(nanopore)을 가지고 있으며 뛰어난 이온교환 능력을 소지하고 있기 때문에 현재 산업계에서 촉매, 흡착제, 이온교환제, 탈수제 등 다양한 용도로 쓰이고 있으며 학술적인 면에서는 양자크기(quantum size)의 다양한 반도체 물질들과 비선형 광학(nonlinear optical) 분자들의 호스트, 나노반응기 등으로 널리 이용되고 있다.
현재 많은 화학자와 물리학자들은 제 2세대 화학의 일종인 나노입자들을 유기적인 결합을 통해 서로 연결시켜 조직화시키려는 노력을 경주하고 있다. 그러나 나노입자들은 매우 불안정안 물질들로서 안정성이 매우 떨어지며 이들을 규칙적으로 정렬시켜 조직화하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 나노 입자들의 안정성을 높히고 나아가 이들을 규칙적으로 정렬시킬 수 있는 기술을 개발하는 것이 결국 제2세대 화학의 발전에 가장 핵심이 된다고 볼 수 있다. 한편, 제올라이트 내부에 나노입자, 나아가 반도체 나노입자인 양자점(quantum dot) 및 양자선(quantum wire)을 형성하면 형성된 양자점 및 양자선들은 외부와의 노출이 차단되므로 매우 안정한 상태로 유지 될 뿐만 아니라 형성된 나노 입자들은 규칙적으로 분포된 제올라이트 세공속에 존재하므로 결국 나노입자들은 규칙적인 배열을 이룰수 밖에 없다.
위와 같은 관점에서 제올라이트는 제2세대 화학이 가지고 있는 가장 어려운 난제인 나노입자들을 안정화시키고 규칙적으로 배열하여 유용한 디바이스를 만드는데 있어서 직면하고 있는 기술적인 한계를 극복할 수 있는 나노입자들의 호스트 물질로서 많은 주목을 받고 있다. 한편, 아무리 유용한 나노입자, 양자점, 또는 양자선을 한 개의 제올라이트 결정내에 내포시키더라도 한 개의 마이크로미터 크기를 갖는 제올라이트 결정만 가지고서는 디바이스를 만들 수 없다. 따라서 다양한 나노입자들을 내포한 제올라이트 결정들을 규직적으로 결합시켜 2차원 및 3차원으로 정렬할 수 있는 방법이 개발 되어야 하는데 바로 이러한 방법 개발이 본 연구단이 추구하는 연구 목표가 된다. 이때 제올라이트 마이크로 결정들이 2 차원 또는 3차원적으로 질서 정연하게 정렬되어 결합되어진 상태를 본 연구단은 제올라이트 초결정이라 부른다.
따라서 본 연구단이 수행하는 제올라이트 초결정 연구는 곧 제2세대 화학의 안고 있는 기술적인 한계를 극복하는 견인차 역할을 하며 나아가 제3세대의 화학을 창조하고 발전시키는 일거양득의 목표를 가진다고 볼 수 있다.
위와 같은 배경을 바탕으로 본 연구단은 균일한 제올라이트 결정 생성, 분자끈을 이용한 제올라이트 결정의 2차원 및 3차원 접합 및 배열, 제올라이트 결정 내부에 양자점을 내포시키는 방법 개발, 양자점을 내포한 제올라이트 결정을 이용한 전계발광다이오드 및 태양전지 개발, 형광물질을 내포한 제올라이트 결정을 이용한 면역학적 검증법(immunoassay) 등의 연구사업을 추진하고 있다.
화학은 현재 다양한 분자, 고분자, 그리고 나노입자를 생성하고 그 구조와 물리적인 성질을 규명하는 제1세대 화학이 꽃을 피우고 있으며 가까운 미래의 화학인 고분자나 나노입자들을 유기적으로 결합시키고 조직화시키는 제2세대 화학쪽으로 진화해 가고 있으나 아직 제2세대 화학에서 그다지 큰 성과가 나오고 있지는 않고 있다. 본 연구단은 좀 더 먼 미래를 내다보고 마이크로미터 건축단위들을 결합을 통해 조직화시켜 첨단 신소재를 형성하는 연구를 수행하고 있다. 즉, 본 연구단은 제3세대 화학을 개척하고 확립시키고자 하는 원대한 포부를 가지고 연구에 임하고 있다. 이러한 연구는 전세계적으로 본 연구단만이 수행하고 있으며 이러한 관점에서 볼 때 본 연구단은 전 세계에서 가장 독창적이고 창의적이며 미래 지향적인 연구를 수행하고 있다고 말할 수 있다.
특히 본 연구단은 제올라이트 마이크로 결정들을 마이크로미터 건축단위로 사용하는점을 통해 본 연구단의 독창성을 더욱 부각시키고 있다. 제올라이트는 원래 실리콘과 알루미늄이 산소원자를 통해 삼차원적으로 연결되어 생성되는 일종의 무기고분자 물질로서 보통 0.1-10 μm 정도 크기의 미세한 결정으로 얻어진다. 이들은 종류에 따라 다양한 모양과 크기의 0.3-1.3 nm 크기의 나노세공(nanopore)을 가지고 있으며 뛰어난 이온교환 능력을 소지하고 있기 때문에 현재 산업계에서 촉매, 흡착제, 이온교환제, 탈수제 등 다양한 용도로 쓰이고 있으며 학술적인 면에서는 양자크기(quantum size)의 다양한 반도체 물질들과 비선형 광학(nonlinear optical) 분자들의 호스트, 나노반응기 등으로 널리 이용되고 있다.
현재 많은 화학자와 물리학자들은 제 2세대 화학의 일종인 나노입자들을 유기적인 결합을 통해 서로 연결시켜 조직화시키려는 노력을 경주하고 있다. 그러나 나노입자들은 매우 불안정안 물질들로서 안정성이 매우 떨어지며 이들을 규칙적으로 정렬시켜 조직화하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 나노 입자들의 안정성을 높히고 나아가 이들을 규칙적으로 정렬시킬 수 있는 기술을 개발하는 것이 결국 제2세대 화학의 발전에 가장 핵심이 된다고 볼 수 있다. 한편, 제올라이트 내부에 나노입자, 나아가 반도체 나노입자인 양자점(quantum dot) 및 양자선(quantum wire)을 형성하면 형성된 양자점 및 양자선들은 외부와의 노출이 차단되므로 매우 안정한 상태로 유지 될 뿐만 아니라 형성된 나노 입자들은 규칙적으로 분포된 제올라이트 세공속에 존재하므로 결국 나노입자들은 규칙적인 배열을 이룰수 밖에 없다.
위와 같은 관점에서 제올라이트는 제2세대 화학이 가지고 있는 가장 어려운 난제인 나노입자들을 안정화시키고 규칙적으로 배열하여 유용한 디바이스를 만드는데 있어서 직면하고 있는 기술적인 한계를 극복할 수 있는 나노입자들의 호스트 물질로서 많은 주목을 받고 있다. 한편, 아무리 유용한 나노입자, 양자점, 또는 양자선을 한 개의 제올라이트 결정내에 내포시키더라도 한 개의 마이크로미터 크기를 갖는 제올라이트 결정만 가지고서는 디바이스를 만들 수 없다. 따라서 다양한 나노입자들을 내포한 제올라이트 결정들을 규직적으로 결합시켜 2차원 및 3차원으로 정렬할 수 있는 방법이 개발 되어야 하는데 바로 이러한 방법 개발이 본 연구단이 추구하는 연구 목표가 된다. 이때 제올라이트 마이크로 결정들이 2 차원 또는 3차원적으로 질서 정연하게 정렬되어 결합되어진 상태를 본 연구단은 제올라이트 초결정이라 부른다.
따라서 본 연구단이 수행하는 제올라이트 초결정 연구는 곧 제2세대 화학의 안고 있는 기술적인 한계를 극복하는 견인차 역할을 하며 나아가 제3세대의 화학을 창조하고 발전시키는 일거양득의 목표를 가진다고 볼 수 있다.
위와 같은 배경을 바탕으로 본 연구단은 균일한 제올라이트 결정 생성, 분자끈을 이용한 제올라이트 결정의 2차원 및 3차원 접합 및 배열, 제올라이트 결정 내부에 양자점을 내포시키는 방법 개발, 양자점을 내포한 제올라이트 결정을 이용한 전계발광다이오드 및 태양전지 개발, 형광물질을 내포한 제올라이트 결정을 이용한 면역학적 검증법(immunoassay) 등의 연구사업을 추진하고 있다.