IBS, 국제 공동연구 통해 나노입자 원자배열까지 포착
0.02nm 해상도 초고속카메라로 찍어 입체적으로 관찰
기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 연구위원인 박정원 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀이 0.02nm까지 관찰할 수 있는 분석기법을 개발해 개별 나노입자의 3차원 구조를 원자 수준에서 포착하는데 성공했다고 3일 밝혔다.
연구진의 이번 연구로 나노소재의 물리·화학적 특성을 결정하는 표면 구조를 직접 관찰하고, 표면 구조에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있게 됐다. 박정원 연구위원은 "촉매, 디스플레이, 신약 개발 등 광범위한 과학기술 분야에서 나노재료의 설계 및 합성에 중요한 단서를 제시한 것"이라고 말했다.
연구진은 나노입자가 녹아있는 극미량의 용액을 담을 수 있는 특수용기인 액체 셀을 자체 개발했다. 이 액체 셀에 담긴 나노입자를 액상 투과전자현미경으로 관찰하며 초당 400장의 이미지를 촬영했다. 연구진은 현미경으로 개별 나노입자의 위치를 추적하며, 촬영된 수천 장의 이미지를 3차원으로 재구성하는 알고리즘으로 처리해 정밀한 입체구조를 얻었다.
이렇게 용액에 합성된 백금 나노입자의 3차원 원자 배열을 관찰했다. 연구진은 동일한 조건에서 만들어진 나노입자라도 원자 수준에서는 배열 등 구조가 제각각 다른 것을 확인했다.
호주 모나쉬대, 미국 로렌스버클리국립연구소와 함께 얻은 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 학술지 사이언스 3일자(한국시간) 표지논문으로 게재됐다. 또 이번 연구는 기초과학연구원(IBS)과 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 진행했다.
한편, 고성능의 나노소재를 설계·합성하기 위해서는 구조를 제대로 파악하는 것이 중요하다. 나노입자의 원자 배열이 미세하게 바뀌면 촉매의 활성이 저하되거나, 디스플레이의 색 순도가 바뀌는 등 물질의 성질이 달라진다. 하지만 지금까지는 나노입자의 전체적 형상만 관찰할 뿐, 원자 배열을 입체적으로 관찰할 수 있는 방법이 없었다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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