KAIST 이정용 교수팀..액체를 원자단위까지 관찰·분석
액체를 원자단위까지 관찰하고 분석하는 기술이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 개발됐다.
1932년 투과전자현미경이 완성된 이후 1980년대에 고체를 원자단위로 관찰하는데는 성공했지만 액체를 원자단위로 분석하는 과제는 전자현미경 발명후 80년동안 과학계가 풀려고 노력해 온 숙원이었다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 이정용 교수 연구팀이 그래핀을 이용해 액체내에서 성장하는 결정을 원자단위로 분석하는 원천기술을 개발하는데 성공했다고 6일 발표했다.
이 기술은 액체가 고체로 결정화되는 메커니즘을 확인할 수 있어 나노크기의 재료 제조, 전지내에서 전해질과 전극 사이의 반응, 액체내에서의 각종 촉매반응 등을 알 수 있다.
혈액속 바이러스 분석, 몸속 결석의 형성과정 등 다양한 분야에도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
특히 냉동인간의 해동과정에서 얼음이 재결정화하면서 세포가 파괴되는데 이때 진행되는 현상을 분석해 결빙현상을 막아주는 해동기술에 적용하면 앞으로 냉동인간의 부활에도 도움이 될 것으로 예상된다.
투자전자현미경은 광학현미경보다 1천배 가량 높은 분해능을 갖고 있지만 고진공상태에서 사용하기 때문에 고정되지 않고 즉시 공중으로 분해되는 액체는 관찰할 수 없었다.
그러나 이 교수팀은 꿈의 신소재로 불리는 그래핀을 이용해 수백 나노미터 두께로 액체를 가두는데 성공했다. 그래핀은 탄소원자들이 육각 벌집모양의 한 층으로 이루어져 두께가 0.34nm로 지금까지 합성할 수 있는 물질 중 가장 얇은 물질로 알려져 있다.
그래핀으로 나노미터 크기의 결정이 담긴 액체를 감싸면 투과전자현미경 안에서 그래핀이 투명하게 보인다. 액체를 감싸고 있는 그래핀은 강도가 매우 뛰어나 고진공 환경에서도 액체를 고정시킬 수 있다.
연구팀은 이를 이용해 세계 최초로 액체 안에서 원자단위로 백금 결정들이 초기 형성되는 것과 성장과정을 관찰하는 데 성공했다.
이정용 교수는 "이번 연구 결과는 그동안 베일에 싸여있던 액체 속에서 일어나는 많은 과학현상들을 원자단위로 규명할 수 있는 원천기술로 평가받고 있다"며 "사람의 혈액 속에서 일어나는 유기물이나 무기물의 반응들까지도 규명할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
연구는 이 교수의 지도아래 육종민 박사(제1저자)가 박사학위 논문으로 미국 UC버클리대 알리비사토스 교수, 제틀 교수와 공동으로 수행했다. 내용은 세계적 학술지 '사이언스(Science)' 4월호에 실렸다.
(연합뉴스)