KPI뉴스 - UNIST, 미세시료 온도 변화 포착하는 '나노온도계' 개발

  • 흐림정선군21.0℃
  • 맑음장흥24.2℃
  • 구름많음안동28.2℃
  • 흐림속초21.9℃
  • 맑음완도25.9℃
  • 흐림제천25.6℃
  • 맑음진도군23.7℃
  • 구름많음금산25.9℃
  • 맑음광양시24.5℃
  • 흐림양평24.9℃
  • 구름많음구미28.4℃
  • 맑음영광군23.7℃
  • 맑음수원25.0℃
  • 흐림상주26.7℃
  • 맑음김해시23.0℃
  • 맑음파주23.7℃
  • 흐림보은23.5℃
  • 흐림동해21.4℃
  • 흐림강릉22.6℃
  • 흐림영월26.1℃
  • 맑음흑산도20.9℃
  • 맑음남해23.0℃
  • 맑음강진군25.2℃
  • 구름많음서귀포23.3℃
  • 맑음정읍24.5℃
  • 구름많음대구27.6℃
  • 맑음보령24.1℃
  • 구름많음청송군25.1℃
  • 구름많음동두천23.5℃
  • 구름많음울진21.8℃
  • 구름많음영주25.2℃
  • 구름많음추풍령22.7℃
  • 맑음여수24.3℃
  • 구름많음세종23.8℃
  • 구름많음순창군26.3℃
  • 구름많음성산23.7℃
  • 맑음경주시24.3℃
  • 맑음고흥24.5℃
  • 흐림거창23.9℃
  • 흐림춘천23.8℃
  • 맑음백령도23.0℃
  • 맑음통영22.8℃
  • 맑음부산23.6℃
  • 구름많음고산22.8℃
  • 흐림문경24.7℃
  • 흐림남원26.1℃
  • 맑음부안24.9℃
  • 맑음고창군24.6℃
  • 구름많음천안23.1℃
  • 구름많음강화23.2℃
  • 흐림원주26.2℃
  • 흐림함양군25.8℃
  • 맑음울릉도21.8℃
  • 흐림북강릉21.8℃
  • 맑음포항23.3℃
  • 맑음의령군25.6℃
  • 맑음봉화22.6℃
  • 흐림홍천25.2℃
  • 구름많음영천25.1℃
  • 흐림인제23.7℃
  • 구름많음충주27.2℃
  • 맑음광주25.7℃
  • 구름많음양산시25.0℃
  • 맑음홍성25.7℃
  • 흐림이천24.6℃
  • 구름많음서청주24.5℃
  • 맑음군산24.5℃
  • 구름많음순천22.9℃
  • 맑음목포23.9℃
  • 맑음북부산24.4℃
  • 구름많음창원23.1℃
  • 맑음인천24.6℃
  • 구름많음울산23.1℃
  • 구름많음의성28.0℃
  • 맑음고창24.5℃
  • 흐림북춘천24.0℃
  • 맑음임실25.0℃
  • 흐림합천26.2℃
  • 구름많음제주24.6℃
  • 맑음부여25.6℃
  • 구름많음장수23.8℃
  • 맑음보성군24.8℃
  • 흐림산청24.3℃
  • 맑음전주25.5℃
  • 흐림철원23.2℃
  • 구름많음청주25.8℃
  • 구름많음밀양26.1℃
  • 구름많음영덕21.5℃
  • 맑음서산24.6℃
  • 맑음진주23.7℃
  • 구름많음서울25.8℃
  • 흐림대관령19.7℃
  • 맑음거제22.9℃
  • 구름많음북창원24.4℃
  • 구름많음대전25.3℃
  • 맑음해남24.6℃
  • 흐림태백19.9℃

UNIST, 미세시료 온도 변화 포착하는 '나노온도계' 개발

최재호 기자
기사승인 : 2025-01-02 08:47:30
권오훈 교수팀, 투과전자현미경 미세 온도 측정방법 찾아내

실시간으로 물질의 초미세구조와 온도 변화를 동시에 관측할 수 있는 기술이 울산과학기술원 연구팀에 의해 개발됐다. 시료의 특이구조와 열역학적 특성 간의 상관관계를 분석해 첨단 소재 개발에 쓰일 수 있을 전망이다.

 

▲ 왼쪽부터 울산과기원 박원우 연구원(제1저자), 권오훈 교수, 최예진 연구원 [울산과학기술원 제공]

 

UNIST는 화학과 권오훈 교수팀이 투과전자현미경 안에서 미세시료의 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 범용 '나노온도계'를 개발했다고 2일 밝혔다.


개발된 나노온도계는 온도계 역할을 하는 나노입자가 전자빔을 맞아 방출하는 음극선 발광 스펙트럼을 분석해 온도를 측정하는 방식이다. '투과전자현미경'은 시료의 미세구조를 관찰하기 위한 빛으로 전자빔을 이용하는데, 이 전자빔을 온도 측정에도 활용하는 것이다.


기존에 개발된 나노온도계는 실시간(in situ) 투과전자현미경을 이용한 미세구조 변화 관측과 함께 활용할 수 있지만 전자빔의 세기에 따라 매번 보정을 한 후 사용해야 하는 번거로움이 있었다.


이번 연구에서 연구팀은 나노온도계 소재를 바꿔 온도계의 신뢰도와 범용성을 향상시켰다. 음극선 방출 소재로써 디스프로슘 이온(Dy3+)을 택한 것이다.


제1저자인 박원우 연구원은 "디스프로슘 이온의 음극선 발광 스펙트럼에서 나타나는 양자 상태의 분포가 전자빔의 세기와 무관하게 온도에만 의존하는 볼츠만 분포를 따르기 때문"이라고 설명했다. '볼츠만 분포'는 온도가 높아질수록 고에너지 양자 상태의 비율이 증가하는 현상을 설명하는 통계 분포이다.


연구팀은 디스프로슘 이온을 전자빔의 고에너지를 견딜 수 있는 이트륨 바나데이트(YVO4)에 도핑해 150㎚(나노미터, 10-9 m) 크기의 나노온도계 입자를 합성했다. 개발된 온도계로 주변 온도를 –170 ~ 50도로 바꿔가며 측정했을 때 약 4도 이내의 측정 오차를 보였다.


또 시료에 레이저빔을 조사해 온도를 올리고 온도 변화의 공간 분포를 추적하는 데도 성공했다. 이는 외부 자극에 의해 실시간으로 변화하는 온도와 구조를 동시에 관측할 수 있는 기술의 유효성을 입증하는 결과다.


권오훈 교수는 "나노온도계의 소재를 새롭게 설계해 온도 측정의 신뢰도를 크게 향상시켰고 범용성도 확보했다"라며 "충·방전에 따라 온도에 민감한 이차전지 소재 및 디스플레이 소재 개발에도 기여할 것"이라고 말했다.


이번 연구는 파벨 올신(Pavel K. Olshin) 박사가 공동 제1저자로, 유니스트 졸업생으로서 지난해 서울대학교 화학부에 부임한 김예진 교수가 공동 저자로 참여했다.


연구결과는 나노기술 분야의 권위 학술지인 'ACS Nano'에 지난달 10일에 출판됐다. 연구 수행은 삼성미래기술육성사업과 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]