나노기술 및 정책 정보

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● 한국생산기술연구원(KITECH) 탄소경량소재응용연구그룹 김정필 박사 연구팀은 그래핀과 같은 탄소 소재의 나노미터(nm) 크기 결함(나노결함)을 빛의 파장을 이용한 분광분석법을 통해 빠르게 찾아낼 수 있음을 세계 최초로 제시

● 지금까지의 나노결함 분석은 현미경을 활용한 ‘형상분석법’이 주류였는데, 현미경이 닿는 일부 겉면 구조만 볼 수 있어 내부를 비롯한 전체를 관찰하기 힘들고 관찰 시간도 많이 소요된다는 단점 보유 

● 이에 연구팀은 탄소소재의 내부 결함을 빛의 파장을 계측하는 분광기로 빠르게 확인 및 분석 가능한지를 연구하였고, 먼저 양자화학계산을 활용하여, X선광전자분광기 및 라만분광기로 각각 탄소소재의 표면화학상태와 내부구조에 대한 스펙트럼 분석이 가능함을 입증하고 그 이론적 원리까지 제시 

● 이는 분광분석 시뮬레이션을 통해 사전에 알고 있는 5, 7각형과 같은 특정 결함구조의 스펙트럼을 도출하고 그 특징들을 체계적으로 축적해 데이터베이스화가 가능하다는 것을 의미

● 추가로 머신러닝 기술이 접목되면, 여러 결함이 복합적으로 포함된 미지의 탄소소재에 대해서도 그동안 축적한 결함구조 데이터베이스와의 비교분석을 통해 어떤 결함들이 숨어 있는지를 역으로 유추할 수 있어 구조분석의 정확도와 속도를 크게 향상하는 것이 가능 

● 본 성과는 일본, 미국 등 탄소소재 선진국 대비 비교우위를 선점할 수 있는 차세대 탄소소재 개발에 도움이 될 것으로 기대

※ 용어설명 

- 그래핀: 탄소 원자를 안정적으로 펼친 구조로, 두께는 0.2nm(나노미터)인 단층으로 구성되어 매우 얇지만, 전기전도도는 높은 신소재 

- 양자화학계산: 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 원자와 전자의 움직임부터 분자구조의 물성 또는 화학 반응을 이론적으로 설명하는 학문 분야

- 라만분광기: 라만 효과에 의해 발생하는 특수한 빛의 배열을 측정해주는 분광기

- 스펙트럼 분석: 복합적인 빛의 파장을 1~2가지 신호에 따라 분해해서 표시하는 기술 

※ Physical Chemistry Letters 게재(2021.10.14.), “Pentagons and Heptagons on Edges of Graphene Nanoflakes Analyzed by X-ray Photoelectron and Raman Spectroscopy”

※ 산업통상자원부(탄소산업기반조성사업(2021~2025)) 지원