UNIST가 미세 시료 및 영역의 온도를 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 첨단소재 개발에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈)는 권오훈 화학과 교수팀이 투과전자현미경(TEM)에 음극선 발광 분광 기법을 사용해 나노미터 크기 시료의 온도를 측정할 수 있는 '나노온도계'를 개발했다고 22일 밝혔다.
TEM은 짧은 파장을 가진 전자빔을 미세 시료에 투과해 수십만배 이상으로 확대 관찰할 수 있는 장치다. TEM 기반 음극선 발광 분광 기법은 전자가 시료를 투과할 때 시료에서 발생하는 빛을 검출해 시료의 물리적, 광학적 특성을 나노미터 규모로 미세하게 측정하고 분석할 수 있다.
이 과정에서 시료에 외부 자극을 가하면 시료에 구조적, 화학적 변화와 함께 미세 영역에 온도도 변한다. 나노온도계는 이 같은 변화를 검출 분석해 미세시료의 국부적 영역에서 나타나는 열역학적 특징을 확인할 수 있다.
권 교수팀은 유로퓸 이온(Eu3+)이 가진 특정 음극선 발광 띠의 세기가 온도에 따라 변하는 것에 착안했다. 가돌리늄 산화물에 유로퓸 이온을 도핑해 오래 실험할 수 있는 나노 입자를 합성했다. 이어 음극선 발광 분광 기법을 적용해 나노 입자 유로퓸 이온에서 방출된 발광 띠의 세기 비율이 온도에 강하게 의존함을 확인하고, 발광 띠 세기 비율을 온도 측정 지표로 삼았다.
마지막으로 TEM 시료 국부 영역에 레이저를 조사해 온도 변화를 유도한 후 이를 나노온도계로 측정하는데 성공했다.
권오훈 교수는 “체계적인 분석으로 온도 측정 지표를 제시했고 실시간 이미징 기법과 접목했다. 외부 자극에 따라 변하는 시료의 국부적 온도 변화를 관찰할 수 있어 이차전지, 디스플레이 등 첨단소재 개발에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
연구 성과는 ACS나노 1월 30일자 온라인으로 게재됐다. 연구 수행은 삼성 미래 기술 육성사업 지원을 받았다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com