나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 생산기술연구소, 파인세라믹스센터(JFCC) 나노구조연구소 등의 공동 연구그룹이 유리를 구성하는 원자의 배위 수를 나노 미터 수준의 높은 공간 분해능으로 시각화하는 데 성공함. 연구진은 알루미늄과 실리콘으로 구성되는 유리로부터 ‘전자 에너지 손실 분광법(Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS)’이라는 스펙트럼 데이터를 측정함. 일반적으로 알루미늄은 6개의 산소로 둘러싸이기 쉬우며(배위 수 = 6), 실리콘은 4개의 산소에 둘러싸이기 쉬운(배위 수 = 4) 특성이 있는 것으로 알려져 있음. 시료로 사용된 유리는 알루미늄이 많은 영역과 실리콘이 많은 영역이 공존하고 있음. 이러한 유리로부터 얻은 EELS를 여기(励起) 상태를 계산할 수 있는 시뮬레이션 방법을 사용하여 분석했으며, 그 결과 측정된 스펙트럼 속에 알루미늄 배위 수의 정보가 포함되어 있음을 규명함. 또한, EELS는 높은 공간 분해능을 갖는 주사형투과전자현미경(STEM)을 이용하여 측정되지만, 전자선을 유리에서 스캔하여 각 점에서의 스펙트럼을 측정하고 각각의 스펙트럼 데이터 안에 있는 배위 수의 정보를 확인함으로써 알루미늄 배위 수 맵을 얻었음. 배위 수 맵을 분석한 결과, 알루미늄이 많은 영역과 실리콘이 많은 영역에서는 알루미늄의 배위 수가 다른 것으로 나타났으며, 알루미늄이 많은 영역에서는 알루미늄은 6배위이지만 실리콘이 많은 영역에서는 알루미늄이 4배위였음. 6배위를 형성하기 쉬운 알루미늄이 주변에 많이 존재하는 실리콘의 영향을 받아 4배위를 형성한 것으로 간주됨. 본 연구 성과는 베일에 가려져 있던 비정질 구조 해명에 공헌할 것으로 보이며, 향후 새로운 유리 재료의 개발을 가속화 할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Journal of Physical Chemistry Letters’ (“Revealing Spatial Distribution of Al coordinated Species in a Phase –separated Aluminosilicate Glass by STEM-EELS”) 지에 게재됨.