NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 5, 2012…521 광학현미경으로는 관찰이 불가능한 나노스케일에
서 일어나는 현상에 대한 연구는 현재 활발히 연구가 진행되는 분야다. 나노과학 및 기술 개발 연구에 흔히 사용되는 도구로는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy)이 있다. 이 장치의 발명과 이 용은 나노 분야 연구 발전에 혁혁한 공헌을 하고 있 다. 가시광선을 이용하는 광학현미경보다 파장이 훨
씬 더 짧은 전자를 이용하기 때문에, 해상도는 광학현 미경에 비교하여 월등히 높아 광학 현미경으로는 관 찰이 불가능한 미세구조의 관찰이 가능하다. 그런데 투과전자현미경의 사용상의 문제점은 전자들이 대기 중의 다른 물질과 상호작용하지 않도록 해야 하므로 진공 상태에서만 관찰할 수 있다는 점이다. 따라서 용 액 상태로는 관찰이 사실상 불가능하다는 것으로 알
그림 1. (A) 그래핀 액체 셀의 TEM 이미( 스케일 바, 50 nm). (B) 그래핀 액체 셀의 이상화된 일러스트이미지. (C) 백금 결 정들이 서로 결합해 처음에는 둥근 모양을 이루었다가 점차 정육면체 구조로 변하는 것을 관찰.( 스케일 바, 2 nm ) (d) 백금결정이 합쳐지는 영상 [Yuk et al., Science 333366, 61-64(2012)].
그래핀 액체 셀을 이용한 콜로이드 나노결정 성장의 고해상도 전자현미경 영상
(High-resolution Em of Colloidal Nanocrystal Growth
Using Graphene Liquid Cells)
522…NICE, 제30권 제5호, 2012
신기술 소개
려져 있다. 그리하여 용액 안에서 이뤄지는 나노 수준 의 결정 성장을 관찰하려면, 나노 물질을 포함하고 있 는 용액이 진공으로 증발되지 않도록 용액을 어떤 형 태의 미세 용기에 넣어 가둔 뒤에 관찰해야 하는 난제 가 있어 왔다. 이런 난제를 극복하려는 여러 시도들이 여러 방향으로 진행되어 왔다
최근 KAIST, UC Berkeley 및 Lawrence Berkeley National Lab으로 이뤄진 공동 연구진은
‘원상태 관찰 투과전자현미경(in situ transmission electron microscopy)’이 가능케 하는 수백 나노미터 두께의 액체를 담을 수 있는 용기(그림 1의 (A)와 (B))를 그래핀을 이용하여 제작하는 데 성공하였다.
이 연구팀은 이 기술을 활용하여 액상에서 TEM 영 상 촬영하여 원자 결정 성장을 관찰하는데 성공하였 다(그림 1의 (C)와 (D)). 그래핀 소재는 탄소의 동소
체 중 하나로 탄소 원자들이 육각 벌집 모양의 한 층 으로 이루어져 있어, 그래핀은 두께가 매우 얇다. 이러 한 특성으로 그래핀 액체 셀은 그래핀을 투과하여 낱 개 원자를 볼 수 있는 수준의 해상도를 가진 영상을 가능하게 한다. 본 연구팀은 그래핀 기반의 TEM용 셀을 이용해 콜로이드 백금 나노결정이 성장하는 메 커니즘을 연구하였다. 직접 관찰한 원자 수준의 해상 도를 갖는 영상 덕분에 위치에 따른 선택적 결합, 결 합 이후의 구조 재형성, 그리고 각진 표면 형성을 비 롯해 결정 형성 과정에서 일어나는 흥미로운 여러 단 계들을 시각화할 수 있었다. 본 연구는 향후 액상에서 일어나는 다양한 현상을 원자 규모로 관찰해 그 현상 을 규명하는데 다방면으로 기여할 수 있을 것으로 기 대된다[Yuk et al., Science 333366, 61-64(2012)].