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나노입자 원자 배열이 미세하게 바뀌면 촉매의 활성이 저하되거나 디스플레이의 색 순도가 바뀌는 등 물성이 달라져, 고성능 나노소재를 설계·합성을 위해선 구조를 제대로 파악하는 것이 중요하다. 그러나 지금까지 나노입자의 전체적 형상만 관찰할 뿐, 원자 배열을 입체적으로 관찰할 수 있는 방법이 없었다.
이에 연구진은 나노입자가 녹아있는 극미량의 용액을 담을 수 있는 특수용기인 액체 셀(Liquid Cell)을 자체 개발한 뒤 액상 투과전자 현미경을 이용해 나노입자를 관찰했다. 액상 투과전자현미경은 용액 내에서 회전하는 나노입자를 관찰하며 초당 400장의 이미지를 촬영한다.
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이번 연구로 나노소재의 물리·화학적 특성을 결정하는 표면 구조를 직접 관찰하고 표면 구조에 영향을 미치는 요인을 분석해냈다. 향후 촉매의 성능 개선, 디스플레이의 색 순도 향상 등 다양한 응용 분야에 파급 효과가 있을 것으로 기대된다.
박정원 교수는 “인공지능으로 물질의 성질을 예측하고 합성하는 것이 미래 소재 개발의 중요한 방법론으로 대두되고 있다”며 “촉매, 디스플레이, 신약 개발 등 광범위한 과학기술 분야에서 나노재료의 설계 및 합성에 중요한 단서를 제시한 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 사이언스(Science, IF 41.037) 4월 3일자 표지논문으로 게재됐다. 연구는 IBS와 삼성미래기술육성재단 및 연구재단의 수소에너지혁신기술개발사업, 선도연구센터사업, 신진연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
