다중 촬영법으로 나노입자 3차원 기공구조 촬영

포스텍 송창용 교수팀 성공

포스텍 물리학과 송창용 교수, 통합과정 이성윤·조도형 박사, 신소재공학과 송승찬 연구팀은 다중거리 촬영법으로 다공성 입자의 3차원 기공(구멍) 구조를 선명하게 촬영하는 데 성공했다.

메조 다공성 나노 입자는 표면에 2∼50 나노미터 크기의 다양한 기공을 갖고 있다. 이 입자는 표면적이 매우 커 기체나 액체, 중금속을 흡착하는 데 매우 유리하며, 다양한 기능성 소재를 구현하는 플랫폼으로서 주목받고 있다. 기존 방법으로는 다공성 나노 입자의 3차원 구조를 선명하게 촬영하기 어려웠다.

연구팀은 X선 회절 패턴 촬영법의 해상도를 높이는 데 집중했다. 3차원 구조를 선명하게 촬영하기 위해 연구팀은 측정 거리를 다르게 해 X선 회절 데이터를 두 번 수집했다.

짧은 거리에서 수집한 데이터는 물체의 세부적인 구조에 대한 정보를 포함하고 있으며, 먼 거리에서 수집한 데이터는 물체의 형태에 대한 정보가 담겨 있다.

한 번의 촬영으로 수집된 정보가 제한적이었던 기존 촬영법과 달리 여러 X선 회절 패턴을 수집한 후, 알고리즘을 통해 3차원 기공 구조로 재구성했다. 연구팀은 이 기법으로 메조 다공성 이산화규소 입자의 3차원 기공 구조를 13 나노미터 해상도로 촬영하는 데 성공했다.

기공 구조를 고해상도로 분석하고, 이를 바탕으로 우수한 기능성 소재 개발을 위한 설계가 가능해진 것이다.

한편 이번 연구는 소재 분야 국제 학술지인 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.

/장은희기자 [e-mail]