나노기술 및 정책 정보

과학기술진흥기구(JST) 연구개발전략센터(CRDS) 실환경 4D계측 팀에서는 신뢰성 보증과 노화해명의 재료과학 창출을 목적으로 「시뮬레이션 법과의 협주에 의한 동적 계면현상의 해명을 목표로 한 첨단계측 기기군의 개발」이라는 연구개발전략을 검토해 왔다. 전략입안에 앞서 대상이 되는 “동적 계면현상”을 구체적으로 명확화하여 기술적 애로(바틀넥)(해상도, 시간분해능, 속도 등) 및 이것을 극명하기 위한 연구과제를 드러내는 것을 목적으로 워크숍 「보이지 않는 것을 보다-Observation과 Modeling과의 협주」를 개최하였다.<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

워크숍에서의 토론을 통하여 아래와 같은 다양한 첨단계측기술의 진보가 일어나고 있음이 명백하게 되었다.

(1) 계면 계측기술의 진보

a. 시간분해 · 고감도 계측기술

· 시간분해 라만 분광장치: 피코 초부터 펨토 초 단위의 라만 시프트의 관측이 가능하게 되었다.

· CCD의 성능향상: 시간분해능이 마이크로부터 나노초의 응답속도로 얻을 수 있게 되어 감도는 과거 3년간에 1000배가 되었다.

· 증강 기술: 다중증강 라만 등 기술개발이 진행되고 있어 공간에서 수십만배의 고감도화가 기대된다.

· X선 핀포인트 구조계측: Spring-8의 강력한 방사광 X선에 의하여 X선 나노빔화가 실현하여 고속으로 일어나는 구조변화와 기능발현 격동의 프로세스 해석에 사용되는 것이 가능하게 되었다.

· 전자현미경을 이용한 전자선 홀로그램의 관측: 실시간으로 구조변화에 대응한 전자상태 시료변화가 관측 가능하게 되어서 전기적 · 자기적인 기능을 이용한 재료나 디바이스의 개발에 도움이 된다.

· 구면수차 보정기술을 이용한 고각도 분란 암시야법 (통칭 Z contrast): 단일 원자 column 마다의 원자 · 전자구조 분석에 의하여 계면 등에서 미량 첨가원자가 담당하는 기능의 해석이 가능한 레벨에 도달하고 있다.

· 이미징 기술의 진보에 의하여 눈에 보이지 않는 최소영역이나 고속현상에서도 보다 직관력에 작용하는 데이터를 얻을 수 있게 되었다.

b. 실환경에서 계면기술의 진전

· 휴대가 가능한 라만 분광장치에 의하여 제조현상에서의 원재료나 제조 프로세스 중에서 소재의 마이크로에서 매크로로의 변화격동을 스펙터를 리얼타임으로 측정하는 것도 가능하게 되었다.

· 환경제어형 TEM(투과전자현미경; transmission electron microscopy): 시료의 사용환경이나 제조환경에 가까운 환경 (가스 중, 고온 중 등)을 전자현미경 내에서 만들어 내어 그 환경변화에 동반한 원자나 전자의 구조변화를 관측 · 해석하는 것도 가능하게 되었다.

· 전자현미경 내에서 응력을 인가(印加:공급되는)하는 것으로 재료의 파괴나 변형이 그 현장에서 관측이 원자 레벨에서 가능하다.

· 펄스 레이저를 이용한 Dynamic –TEM: 공간분해능은 통상 TEM 보다 열악하지만 마이크로 ∼ 피코 초라는 시간분해능을 실현하여 나노스케일의 구조변형이 보이게 되었다.

· 전자현미경의 시료 작제기술의 진전: 집속 이온 빔(FIB) 가공장치를 이용한 시료를 관측하면서 임의의 위치에서의 미세가공이 가능하다.

(2) 원자분자 레벨과 매크로 레벨을 연결하는 메소 스케일 · 시뮬레이션

· SPH법 (Smoothed Particle Hydrodynamics): 상호작용을 가진 입자의 집합체로서 유체를 표현하는 것으로 극히 복잡한 매크로 스케일의 동적형상 변화를 표현하는 것이 가능하다.

· 메소 스케일 · 시뮬레이터 SNAP (Structure of NAno Particles): 나노입자를 포함한 고분자 액체가 건조한 나노입자를 포함한 막을 형성하는 프로세스의 시뮬레이션이 가능하다.

· 실천적 멀티 스케일/ 멀티 피직스 (MS/MP) 시뮬레이션: 양자론을 베이스로 한 원자 · 이온 레벨의 시뮬레이션 법이 실 프로세스 레벨의 사이즈까지 확대될 가능성이 보이고 있다.

진보하는 계면계측기술과 원자분자 레벨부터 메소스케일까지의 실구조에 기초한 시뮬레이션 기술을 전략적으로 조합하는 것으로 실제에서 일어나고 있는 원자분자 혹은 미소립자나 미소액적, 더 나아가 계면에서 일어나고 있는 “보이지 않는 현상”을 다이나믹하게 보는 길이 보이기 시작했다고 여겨진다.

목차

1. 워크숍의 개요

1.1. 개최취지

1.2. 논의의 진행방법

2. 강연요지 및 자료

2.1. 「보이지 않는 것을 보다」Observation Modeling의 협주

2.2. 나노 격동의 반응감을 키우는 동적계측

2.3. 액액, 고액겨면의 동적접속에 관한 마이크로, 나노 스케일 시뮬레이션

2.4. 고분자 용액 등의 라만 계측에서 파악할 수 있는 분자 · 격자 레벨의 정보와 동적물성 지표와의 높은 상관성 소개

2.5 첨단 방사광 구조계측의 가능성

2.6. 전자선 홀로그램에 의한 마이크로 ∼ 나노 영역의 전장 · 자장의 관측

2.7. 계면원소의 가시화와 재료서계로의 전개

2.8. 미립자 분산계 도포 · 건조 프로세스의 메소 스케일 · 시뮬레이션

2.9. 시뮬레이션의 전문적인 견지에서 있어야 할 나노계측의 연동방법산학 간의 「죽음의 바다」를 타개하기 위해 필요한 방향성