에너지경제

3일자 ‘사이언스’ 표지 논문 선정
QD 디스플레이 등 기술 개발 기대


삼성전자

박정원(윗줄 오른쪽) 기초과학연구원(IBS) 연구위원 연구팀.


[에너지경제신문=이종무 기자] 삼성 미래기술 육성사업 지원을 받은 연구팀이 세계 최초로 나노 입자의 3차원(3D) 구조를 매우 미세한 크기로 분석하는 데 성공했다. 학계의 난제로 여겨졌던 이번 연구 결과로 디스플레이, 연료 전지, 신약 개발 등 차세대 과학기술 분야에서 파급 효과가 전망된다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 박정원 연구위원(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀은 나노 입자의 3D 구조를 0.02㎚ 정확도로 분석할 수 있는 분석 기법을 세계 최초로 개발했다고 3일 발표했다.

호주 모나쉬대, 미국 로렌스 버클리 국립 연구소와 공동으로 진행한 이번 연구 결과는 나노 입자의 물리·화학적 특성을 결정짓는 나노 입자의 표면 구조와 변화 요인을 규명한 성과를 인정 받아 세계적인 학술지 ‘사이언스’ 이날 표지 논문으로 선정됐다.

삼성전자

박 교수 연구진이 개발한 나노 입자의 3D 증명 사진을 얻는 과정.


박 교수 연구팀 연구의 핵심은 수많은 종류의 나노 입자 구조를 0.02㎚ 크기의 원자 수준에서 분석할 수 있다는 데 있다. 지금까지는 나노 입자의 크기나 전체적 형상 등 2차원 정보만 관찰이 가능했지만 나노 입자의 원자 배열 등 3D 정보 확인은 불가능해 학계 난제로 여겨져왔다. 특히 나노 입자는 원자 배열의 미세한 변형에도 디스플레이 색 순도를 향상시키거나 연료 전지의 촉매 성능을 개선시킬 수 있어 구조를 면밀히 파악하는 것이 중요했다.

연구진은 나노 입자가 액체 상태에서 자발적으로 회전하는 현상에 주목했다. 회전하는 나노 입자를 연속으로 촬영할 수 있는 특수 용기인 ‘액체 셀’과 3D 데이터 구성을 위한 빅데이터 알고리듬을 자체 개발했다. 이를 이용해 액체 셀에 나노 입자를 담아, 투과전자현미경으로 초당 400장의 이미지를 촬영해 얻은 서로 다른 2차원 평면 이미지를 빅데이터 알고리듬으로 3D 데이터로 재구성하는 데 성공했다. 이를 통해 백금(Pt) 나노 입자의 3D 원자 배열을 확인했다.

나노 입자는 수십~수백 개의 원자로 이루어진 1㎚ 이하의 물질로 차세대 디스플레이, 연료 전지 촉매, 자기공명영상(MRI) 조영제 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 이에 따라 이번 연구진이 개발한 기술로 퀀텀닷(QD) 디스플레이의 색 순도와 휘도 향상, 석유화학 산업과 연료 전지 등에서 사용되고 있는 촉매의 성능 개선, 단백질 구조 분석을 통한 신약 개발 등 여러 분야에서 파급 효과가 있을 것으로 전망된다.

박 교수는 "이번 연구에서 제시한 방법을 활용하면 수많은 종류의 나노 입자 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있다"며 "나노 입자뿐 아니라 단백질과 같은 생체 분자에도 적용이 가능해 새로운 융합 연구에도 활용이 기대된다"고 말했다.

박 교수 연구팀의 이번 연구는 2018년 11월 삼성 미래육성사업 과제로 선정돼 연구지원을 받고 있으며, IBS 연구단의 지원도 받아 수행됐다.
     
[저작권 ⓒ에너지경제, 무단전재 및 재배포 금지]

안드로이드앱 다운로드

Copyright ⓒ ekn.kr all rights reserved.