방사광가속기 활용 나노결정 구조변화 관찰 성공
방사광가속기 활용 나노결정 구조변화 관찰 성공
  • 김미정 기자
  • 승인 2021.11.17 16:50
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기초과학지원연구원·동국대·포항가속기연구소, 공동연구
포항가속기 활용...스마트윈도우 소재 원천기술 확보 기대

사진-

연구진. 왼쪽부터 신기훈 동국대 박사과정·배지용 KBSI 박사·이수용 포항가속기연구소 박사·홍웅기 KBSI 박사·손정인 동국대 교수.
연구진. 왼쪽부터 신기훈 동국대 박사과정·배지용 KBSI 박사·이수용 포항가속기연구소 박사·홍웅기 KBSI 박사·손정인 동국대 교수.

[중부매일 김미정 기자] 충북 청주 오창 방사광가속기 구축을 앞두고 '슈퍼현미경'인 방사광가속기를 활용해 나노결정의 내부응력 조절만으로 상변화 온도나 결정상을 제어할 수 있고 내부 응력상태와 미세한 결정구조, 급속한 전기·광학적 특성 변화 사이에 연관관계가 있다는 점이 처음으로 밝혀졌다. 이를 통해 제로에너지 빌딩 실현을 위한 스마트윈도우 소재 원천기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.

17일 한국기초과학지원연구원(KBSI)에 따르면 홍웅기 KBSI 연구장비개발부 박사 연구팀이 손정인 동국대 교수 연구팀, 이수용 포항가속기연구소(PAL) 박사 연구팀과 공동으로 이산화바나듐 나노결정 내부 미세구조 변화를 초고분해능으로 실시간 관찰하는 데 성공했다. 이산화바나듐은 외적조건에 따라 절연체상에서 금속상으로 전기적 특성이 바뀜과 동시에 광학적으로 적외선을 투과시켰다가 차단하는 상태로 변하는 물질이다. 초고속 스위칭소자, 고성능센서, 메모리소자는 물론, 온도에 따라 적외선 투과율을 스스로 조정해 건물의 냉난방 에너지를 절감하는 열변색 스마트윈도우 등 차세대 핵심소재로 각광받고 있다.

방사광가속기로 나노결정 구조변화 관찰
방사광가속기로 나노결정 구조변화 관찰

이번 연구에는 마이크로미터(1㎛는 100만분의 1미터) 크기의 빔사이즈를 가진 국내 유일 포항가속기연구소의 3세대 원형 방사광가속기 X선 장치가 활용됐다. 이번에 쓰인 가속기 X선은 일반 실험실 수준의 X선보다 100만배 밝고 미세한 구조변화를 100배 이상 자세히 관찰할 수 있었다.

이번 연구는 재료과학분야 국제학술지인 'Applied Materials Today' 온라인판에 최근 게재됐다.

홍웅기 KBSI 박사는 "이번 연구는 고속으로 작동하는 스위칭 전자소자, 고성능센서, 탄소중립 실현을 위한 열변색 스마트윈도우 등 다양하게 활용되는 상변화 물질의 물성제어에 대한 나노세계의 과학적 현상을 방사광가속기를 통해 규명했다"며 "방사광가속기를 활용해 신소재 개발 분야 후속연구를 이어가겠다"고 말했다.

방사광가속기는 전자를 빛의 속도로 가속해 극미세 물체의 분석을 가능하게 하는 초대형 국가연구시설로 '빛공장', '슈퍼현미경'이라 불린다. 과학기술정보통신부는 청주 오창에 총사업비 1조454억원을 투입해 원형둘레 800m의 방사광가속기를 2022년 착공, 2027년 완공, 2028년 1월 가동을 목표로 추진중이다.




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