DGIST(총장 손상혁)는 문대원 뉴바이올로지전공 교수팀과 남기태 서울대 재료공학과 교수팀, 김용현 KAIST 교수팀이 공동으로 물질 성장 초기 과정이 기존 임계핵 성장 이론과 다르다는 사실을 새로운 분석법을 통해 규명했다고 20일 밝혔다.
물질 성장에 관해 과학계에 널리 알려진 이론인 '임계핵(벌크 소재와 조성과 구조가 같은 최소 단위 초기 물질) 성장 이론'은 재료, 화학, 물리 분야 여러 교과서에 실릴 만큼 과학계 전반에서 인정받는 이론이다. 이 이론은 물질 성장 초기에 임계핵이 생성되고, 후에 임계핵을 중심으로 벌크 소재가 형성되며 물질이 성장한다고 본다.
연구팀은 뼈의 주요 성분인 '인산칼슘'의 나노 입자를 '비행시간 중에너지 이온산란 분석법(TOF-MEIS)'을 통해 분석했다. 또 관련 이론 계산을 진행해 나노 입자의 초기 성장 과정에 대한 연구를 수행했다. 그 결과 나노 물질의 성장 초기에 임계핵 대신 나노 입자가 계속해서 성장해 벌크 소재와 같은 물질로 변형 및 성장한다는 사실을 규명했다.
최근 과학계에서는 물질의 초기 성장 과정에 대해 기존 임계핵 성장 이론과 다른 연구결과가 발표됐지만, 직접적인 연구 결과 수치를 제시하지 못했다. 연구팀은 나노 입자의 크기와 구성을 정확히 측정, 기존 이론을 뒤집는 확실한 증거를 제시한 것이다.
물질의 초기 성장 과정을 측정하는데는 문대원 교수팀이 세계 최초로 개발한 비행시간 중에너지 이온산란 분석법이 큰 역할을 했다. 이 나노분석 기술은 기존의 중에너지 이온산란 분석법(MEIS)에 비해 만 배나 낮은 이온 전류로도 물질의 성장 과정을 측정할 수 있다. 이번 연구에서 이온의 손상 없이 나노 입자의 평균 크기와 구체적인 구조를 정량적으로 측정 할 수 있었다.
문대원 교수는 “실험을 계획하는 단계에서부터 측정, 논문 작성, 발표에 이르기까지 7년이 걸릴 정도로 장기 프로젝트였다. 새로운 나노 분석 기술과 재료과학, 이론화학 분야를 융합한 연구를 바탕으로 기존에 통용되던 이론을 뒤집는 구체적 이론 계산과 연구 결과를 도출했다”고 말했다. 그는 “앞으로 나노 입자의 성장 및 특성을 제어하는 연구에 활용할 것으로 기대된다”고 말했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
