◆…사진제공:삼성전자
삼성미래기술육성사업이 지원한 나노 입자 연구단 박정원 연구위원(서울대학교 화학생물공학부 교수) 연구팀이 세계 최초로 나노 입자의 3차원 구조를 0.02nm의 정확도로 분석하는 데 성공했다.
학계에서 난제로 여겨졌던 나노 입자의 표면 구조와 변화 요인을 규명한 성과를 인정받아 세계적인 학술지 사이언스(Science) 3일자 표지 논문으로 선정됐으며 디스플레이, 연료전지, 신약 개발 등 다양한 과학기술 분야에서 파급 효과가 있을 것으로 전망된다.
나노 입자는 수십에서 수백 개의 원자로 이루어진 1nm(나노미터) 이하의 물질로 차세대 디스플레이, 연료전지 촉매, MRI 조영제 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중으로 원자 배열의 미세한 변형에도 디스플레이 색 순도를 향상시키거나 연료전지의 촉매 성능을 개선시킬 수 있다.
따라서 구조를 정확히 파악하는 것이 중요하지만 지금까지는 나노 입자의 크기나 전체적 형상 등 2차원 정보만 관찰 가능할 뿐 원자 배열 등 3차원 정보 확인은 불가능했다.
박정원 교수 연구팀은 액체 상태에서 자발적으로 회전하는 현상에 주목해 연속으로 촬영할 수 있는 특수 용기인 액체 셀(Liquid Cell)과 3차원 데이터 구성을 위한 빅데이터 알고리듬(algorithm)을 자체 개발했다.
이를 이용해 액체 셀에 나노 입자를 담아 투과전자현미경으로 초당 400장의 이미지를 촬영해 얻은 서로 다른 2차원 평면 이미지를 빅데이터 알고리듬을 이용해 3차원 데이터로 재구성하는 데 성공했다.
이번 연구는 나노 입자의 3차원 구조를 0.02nm의 정확도로 분석할 수 있는 분석 기법을 세계 최초로 개발, 백금(Pt)을 이용해 3차원 원자 배열을 확인한 것은 물론 물리·화학적 특성을 결정짓는 나노 입자의 표면 구조 상태와 변화 요인을 규명했다.
연구 결과는 QD 디스플레이의 색 순도와 휘도 향상, 석유화학 산업과 연료전지 등에서 사용되고 있는 촉매의 성능 개선, 단백질 구조 분석을 통한 신약 개발 등 다양한 분야에서 파급 효과가 있을 것으로 전망된다.
박정원 교수 연구팀의 이번 연구는 2018년 11월 삼성미래육성사업의 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며, 기초과학연구원 연구단 지원 사업의 지원도 받아 수행됐다.
한편, 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1조 5천억 원을 지원할 예정이며, 지금까지 561개 과제에 7,189억 원의 연구비를 집행했다.
