나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 상하이(上海) 고등(高等) 연구원 산하 "상하이 광원(光源) 과학 센터" 연구팀은 "상하이 응용 물리 연구소" 연구팀과 공동 연구를 실행하고 싱크로트론 소프트 X-레이 흡수 스펙트럼학과 현미경 기술을 이용하여 나노 버블 내부 기체는 일종 고 밀도 상태로 존재한다는 점을 입증하는데 성공하여 이슈가 되고 있음.

연구팀은 소프트 X-레이 투과 이미징 기술(STXM)을 이용하여 전기 분해 물 방법으로 생성되는 산소 기체 나노 버블에 대한 측정을 실행하고, 최초로 단일 나노 버블의 소프트 X-레이 흡수 스펙트럼을 취득한 동시에 버블 내부와 주변 물 환경의 근 거리 주변 정밀 구조 흡수 스펙트럼에 대한 분석을 실행함으로써 나노 버블 내부의 기체는 일종 신기한 "집중 상태"의 밀집 기체(dense gas)로서 밀도는 공기 밀도(1.25kg/m3)의 몇 십 배 이상 수준에 도달하며, X-레이 조사 하에서도 우수한 안정성을 나타낸다는 점을 입증하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 나노 버블 주변 물 환경 속의 기체 농도는 초(超) 과열 역학 평형 하에서의 포화 농도의 수 십 배, 심지어 100배 정도에 도달한다는 점을 입증하였으며, 연구팀은 관련 분석 결과를 통해 제한을 받고 있는 공간 하에서의 소수성 표면 부근에서 기체 분자의 집중 행위는 일반 상황과 달리 매우 특수하다는 연구 결론을 도출하였으며, 연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 분자 동력학 시뮬레이션을 실행하고 고 밀도 나노 버블의 생성과 안정성 관련 메커니즘을 해석하기 위한 관련 탐색 작업을 실행하였음.

나노 버블 연구는 한 개 이머징 연구 분야에 속하며, 최근 년 간 마이크로/나노 버블 기술은 파괴적인 혁신 기술로 평가 받고 있을 뿐만 아니라 신속한 발전을 실현한 상황이며, 수체(水體)에 대한 환경 친화적인 회복, 수산 양식, 농업 재배, 광물에 대한 효율적인 부유 선광(flotation) 및 건강한 양생(養生) 등 분야에서 다양한 성공 사례가 나타난 상황이며, 폭넓은 응용 전망을 보유하고 있으며, 지난 2018년도와 2019년도에 "중국 입자 학회"는 "마이크로 나노 버블 전문 위원회"와 "중국 마이크로 미세 버블 기술 표준화 위원회"를 설립한 상황임.

현재 "특수한 인터페이스 윤습(潤濕) 행위와 초고(超高) 안정성"이라는 나노 버블의 기본적인 과학 과제에 대해서는 합리적인 해석을 하지 못하고 있는 상황이며, 관련 합리적인 해석을 하려면 반드시 나노 버블 내부 기체의 화학 성분과 존재하는 상태에 대한 정밀 분석을 실행해야 하는 상황임.

연구팀은 지난 2008년도에 이론 해석과 MD 시뮬레이션 예측 작업을 실행하였는데, 나노 버블 내부는 고 밀도 상태일 경우 수명이 대폭 연장될 것이라는 예측 결과를 도출하였다고 함.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 최초로 관련 실험을 통해 나노 버블 내부는 고 밀도 상태가 존재하고 있다는 점을 입증하였는데 동 연구 결과는 분자 수준에서 나노 버블의 초고(超高) 안정성을 해석하고 관련 효과를 이해하는데 필요한 중요한 기술 기반을 제공해 주고 있음.

본 연구 성과는 ‘Journal of the American Chemical Society’ ("Ultrahigh Density of Gas Molecules Confined in Surface Nanobubbles in Ambient Water")에 게재됨.