IBS 나노입자연구단, 개별 나노입자 3D 촬영 '성공'

0.02㎚ 해상도 초고속카메라로 찍어 입체 구조 파악

나노소재의 성능 향상 기대…사이언스誌 표지논문 게재

[대전=뉴시스] 개별 나노입자의 3차원 증명사진 촬영 과정. IBS 연구진은 백금(Pt) 나노입자를 자체 개발한 그래핀 액체 셀에 담은 뒤 액상 투과전자현미경으로 개별 나노입자의 3차원 증명사진을 촬영했다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 박정원 연구위원(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 호주 모나쉬대, 미국 로렌스버클리국립연구소와 함께 0.02㎚까지 관찰할 수 있는 분석기법을 개발, 개별 나노입자의 3차원 구조를 원자수준에서 포착하는데 성공했다고 3일 밝혔다.

 이번 연구에서 IBS 공동연구진은 나노입자의 구조 및 변화를 관찰할 수 있는 액상 투과전자현미경(TEM)을 이용해 가장 작은 원소인 수소보다 6분의 1 작은 수준의 정확도로 나노입자를 관찰했다.
 
 이번 연구성과는 세계 최고 권위 학술지 사이언스(Science)지에 3일자 표지논문으로 게재됐다. 논문명:Critical differences in 3D atomic structure of individual ligand -protected nanocrystals in solution.

연구진에 따르면 나노입자의 원자배열이 미세하게 바뀌면 촉매의 활성이 저하되거나 디스플레이의 색 순도가 바뀌는 등 물성이 달라진다.

 하지만 지금까지는 나노입자의 전체적 형상만 관찰할 뿐 원자배열을 입체적으로 관찰할 수 있는 방법이 없었다.

이를 위해 연구진은 나노입자가 녹아있는 극미량의 용액을 담을 수 있는 특수용기인 액체 셀(Liquid Cell)을 자체 개발한 뒤 액상 투과전자 현미경을 이용해 나노입자를 관찰했다.

나노입자연구단 박정원 연구위원은 "액상 투과전자현미경으로 용액 안에서 회전하는 나노입자를 관찰하며 초당 400장의 이미지를 촬영한다"면서 "이후 개별 나노입자의 위치를 추적하며 촬영된 수천 장의 이미지를 3차원으로 재구성하는 알고리즘으로 처리해 정밀한 입체구조를 얻었다"고 설명했다.

 이를 통해 용액 상에서 합성된 백금(Pt) 나노입자의 3차원 원자배열을 관찰하고 동일한 조건에서 만들어진 나노입자라도 원자 수준에서는 배열 등 구조가 제각각이란 사실을 확인했다.

이번 연구로 나노소재의 물리·화학적 특성을 결정하는 표면 구조를 직접 관찰하고 표면 구조에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있게 됐다.

 이는 촉매의 성능 개선, 디스플레이의 색 순도 향상 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.

 IBS 김병효 연구위원은 "이번 연구에서 제시한 방법을 활용하면 추측만 해오던 나노입자의 정밀구조를 원자 수준에서 직접 관찰할 수 있어 다양한 나노입자의 성능 향상에 기여할 수 있다"고 말했다.

 박정원 연구위원은 "인공지능으로 물질의 성질을 예측하고 합성하는 것이 미래 소재개발의 중요한 방법론으로 대두되고 있다"면서 "촉매, 디스플레이, 신약개발 등 광범위한 과학기술분야에서 나노재료의 설계 및 합성에 중요한 단서를 제시한 것"이라고 의미를 부여했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]