포항가속기연구소(PAL·소장 강흥식)는 임준 방사광응용팀 박사연구팀이 박용근 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수팀과 공동으로 시료의 3차원 전자밀도를 빠르게 측정할 수 있는 엑스선(X-ray) 정량 위상 나노 CT 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
엑스선 나노 CT는 방사광 광원을 활용해 시료의 3차원 영상을 얻는 기술이다. 의료용 CT와 같지만, 해상도가 수십 나노미터(㎚) 수준까지 낮은 엑스선을 이용해 배터리, 반도체, 세라믹 등 나노소재의 3차원 구조 분석에 널리 활용되고 있다.
나노 CT로 미세 구조를 관측하기 위해서는 엑스선의 흡수뿐만 아니라 위상(phase) 측정이 필수다. 현재 대표적으로 사용되고 있는 엑스선 위상 측정 방식은 시료를 다양한 위치에서 측정해야해 기계적인 정밀도에 의해 영상의 품질이 제한된다. 측정에 오랜 시간이 걸린다.
연구팀은 포항가속기연구소가 보유한 엑스선 나노 CT 장비에 간단한 컷오프 필터를 도입하는 아이디어를 생각해냈다. 단 한 번의 측정으로 시료의 위상을 정량적으로 추출할 수 있었으며, 시료 위치 변경 없이 시료의 3차원 전자밀도를 빠르게 측정할 수 있었다. 이러한 빠른 3차원 전자밀도 측정은 기존 기술로는 불가능했던 것으로, 특히 배터리 충·방전 시 내부 전자 분포 변화 관찰에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 “개발한 나노CT 기술은 3차원 전자밀도를 측정할 수 있으면서 기존 기술과 구성이 거의 동일해 전 세계 많은 가속기 엑스선 광원에서 쉽게 할용할수 있다”면서 “반도체, 배터리 등 다양한 나노소재의 3차원 구조 및 물성 분석에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
한국연구재단 리더연구사업과 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 광학 및 광자학의 세계적인 학술지인 '옵티카'(Optica)에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
