산화물 내 산소 이동 실시간으로 관찰한다
한·미 공동연구팀 '원자 수준 관찰' 성공…"신소재 연구에 활용"
(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 산화물 내 산소의 이동 과정을 원자 단위 수준에서 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국기초과학지원연구원은 장재혁 박사와 미국 오크리지 국립연구소 공동연구팀이 '수차보정 투과전자현미경'을 이용해 산화물 내 산소의 이동에 따른 구조 변화를 실시간으로 관찰하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
고체산화물을 쓰는 연료전지의 성능을 개선하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
고체산화물 연료전지(SOFC)는 수소를 공기 중 환원반응에 의해 생긴 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 장치이다. 이 때문에 산소의 환원반응에 따른 구조 변화를 이해하는 것이 중요하다.
기존 투과전자현미경을 활용한 구조 연구는 전자빔으로 물질을 투과해 분석해야 하는 만큼 실험 과정에서 시료의 손상이 일어나는 문제가 있었다.
이 때문에 최근 산화물에서 산소 원자의 빈 자리를 인위적으로 조절해 산화물의 특성을 변화시키려는 연구도 있었지만, 산소 환원과정에서 발생하는 구조 변화의 규칙을 이해하기는 어려웠다.
연구팀은 수차보정 투과전자현미경이 가진 작은 전자빔 1옹스트롬(Å, 100억분의 1m)을 산화물에 수 마이크로초(100만분의 1초)의 짧은 시간 동안 쪼이면 산화물이 훼손되지 않고 오히려 원하는 환원과정을 유도할 수 있다는 것을 실험적으로 증명했다.
실제 20분에 걸쳐 산화물의 환원과정을 1천700여장의 이미지로 촬영, 그동안 전산 계산을 통해 간접적으로 예측해온 산소 이온의 이동 경로를 직접 관찰해냈다.
고체산화물 연료전지 연구뿐 아니라 신소재 개발 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 나노 분야의 권위 있는 학술지 'ACS 나노' 이날 자 온라인판에 실렸으며, 표지 논문으로도 선정됐다.
jyoung@yna.co.kr
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