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IBS, 액체→유리 변하는 순간 관측...신소재 개발 기여 예상

IBS 연구진은 개별 입자를 자극, 임계점에서 입자의 이동성 증가와 집합적인 움직임을 처음으로 밝혀냈다

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By 주수인 기자 Posted20-11-14 11:48 Comments0건
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국내 연구진이 액체-유리 변화의 핵심인 ‘케이지’를 형성하는 유리 입자들을 직접 관찰했다.

12일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 IBS 첨단 연성물질 연구단 스티브 그래닉 단장(UNIST 화학과 특훈교수)과 보 리 선임연구원은 프랑스 국립 과학 연구센터와의 공동연구를 통해 액체가 단단한 유리로 변하는 임계점에서 유리 입자의 움직임을 처음으로 규명했다.

유리의 입자 배열은 액체와 비슷하다. 우리가 아는 유리는 높은 온도에서는 액체였다가 온도가 내려가면서 유리가 되는데, 특정 임계온도부터 유리의 특징인 높은 점성이 나타난다.

유리가 단단해지는 이유는 주변 입자들에 둘러싸이며 입자가 움직이지 못하는 ‘케이지 형성(cage formation)’ 때문으로 알려져 있다.

하지만 이 지점에서 입자들의 케이지 형성이 실제로 관찰된 적은 없었다.

IBS 연구진은 개별 입자를 자극, 임계점에서 입자의 이동성 증가와 집합적인 움직임을 처음으로 밝혀냈다.

해당 연구 결과는 세계 최고 권위 학술지 네이처(Nature) 12일 자에 게재됐다.

기존에는 외부 자극이 없는 상태에서 전체 유리 입자를 평균적으로 추적하는 데 그쳐, 입자들의 반응이나 국소적인 움직임은 알 수 없었다.

연구진은 개별 콜로이드(1~100μm 크기) 입자를 자극할 수 있을 만큼 강하고 집중된 펨토(10의 15승 분의 1) 초 레이저를 개발, 레이저로 입자 한 개를 자극한 뒤 주변 입자들로 움직임이 퍼져 나가는 양상을 분석했다.

실험 결과 임계점에서 입자 이동성이 가장 증가하며, 케이지 형성의 특징인 집합적 움직임을 나타냄을 발견했다. 연구진은 임계점에서 입자들이 가장 많이, 멀리 이동함을 관찰했다.

임계점에서 입자들이 변형되기 쉬운 상태임을 처음 규명한 것이다.

또한 연속적이고 개별적으로 움직이던 입자들이, 임계점에서는 군대처럼 집합적으로 움직이는 현상을 관찰했다.

이는 연속적으로 움직일 수 있었던 유리 입자가 케이지 구조를 만들었다는 뜻이다.

연구진 측은 "이번 연구로 유리 전이가 서서히 일어난다는 기존 관념을 뒤집고, 임계점에서 입자가 움직이는 방식이 근본적으로 변화한다는 것을 밝힌 연구"라고 평가했다.

이어 "유리를 근본적인 수준에서 이해할 수 있게 돼, 향후 유리에 새로운 성질을 부여하는 신소재를 개발까지 가능할 것"이라고 예상했다.

김유진 기자


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IT/과학부 주수인 기자
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