나노기술 및 정책 정보

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● 안동준 교수(고려대) 및 박정원 교수(서울대) 공동 연구팀은 얼음의 나노결정 성장 메커니즘에 관한 혁신적인 연구를 발표

● 연구팀은 이번 연구에서 초저온 전자현미경(cryo-EM) 실험과 분자동역학 시뮬레이션을 활용해 나노스케일 얼음결정의 초기 성장 과정을 추적하는 데 성공했으며, 이를 통해 얼음 결정화의 초기 단계에서 나타나는 독특한 성장 메커니즘과 계면 구조를 규명

● 연구 결과에 따르면, 초기에 형성되는 얼음은 입방형 얼음, 육각정 얼음, 그리고 이 두 형태가 혼합된 이종 결정성 얼음 등 세 가지 형태로 나타나는데 이 중 입방형 얼음은 상대적으로 결정크기가 작고 성장이 제한적인 반면, 이종 결정성 얼음은 빠른 성장을 보이며, 특히 프리즘 면을 따라 성장하는 속도가 기저 면보다 더 빠른 이방성 성장을 보이는 것으로 관측

● 연구팀은 물-얼음 계면에서 나타나는 물 분자의 밀도와 구조 차이 때문에 이러한 이방성 성장이 나타나며, 얼음 계면 영역에서 물 분자들의 클러스터 구조는 각 얼음면들의 표면에너지의 차이로 조절됨을 발견

● 본 연구 결과는 초기 단계에서 얼음의 형성과 성장 메커니즘에 대한 새로운 과학적 이해를 제공하면서 얼음 성장을 나노 크기 차원에서 제어하는 새로운 기술로 발전할 가능성을 제시한 것으로, 향후 기후 변화, 항공 안전, Subzero 배터리, 각종 산업설비 결빙 제어, 그리고 식품 및 의약품의 저온저장 콜드체인 산업 등 다양한 분야에 획기적인 영향을 미칠 것으로 기대

Nature Communcations (2024.01.30.), Observing growth and interfacial dynamics of nanocrystalline ice in thin amorphous ice films