UNIST "미세영역 온도 측정하는 '나노 온도계' 개발"

투과전자현미경 내 나노미터 크기 시료 온도 측정 가능

투과전자현미경 안에서 미세 영역의 온도를 측정할 수 있는 방법을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

22일 UNIST에 따르면 화학과 권오훈 교수팀은 음극선 발광 분광 기법을 통해 투과전자현미경 내에서 나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1ｍ) 크기의 시료 온도를 측정할 수 있는 기술인 '나노 온도계'를 만들었다.

투과전자현미경은 짧은 파장의 전자빔을 미세 시료에 투과시켜 시료를 수십만 배 이상 확대해 관찰할 수 있다.

이 현미경을 이용한 음극선 발광 분광 기법은 전자가 시료를 투과할 때 전자와 시료 간 상호작용의 결과로 시료에서 발생하는 빛을 검출한다.

연구팀은 유로퓸 이온이 가진 특정한 음극선 발광 띠의 세기가 온도에 따라 변화하는 것에 착안해 나노 온도계를 개발했다.

가돌리늄 산화물에 유로퓸 이온을 도핑한 나노 입자를 합성한 후 음극선 발광 분광 기법을 적용한 것이다.

연구팀은 이를 통해 나노 입자의 유로퓸 이온에서 방출된 발광 띠의 세기 비율이 온도에 강하게 의존한다는 사실을 확인했다.

이에 발광 띠의 세기 비율을 온도 측정의 지표로 삼았다.

연구팀은 약 100㎚ 크기의 나노 온도계 입자를 이용해 주변 온도를 측정했고, 4도 정도의 측정 오차를 관측했다.

이는 기존 투과전자현미경의 온도 측정법들의 오차와 비교해 2배 이상 정확하다고 연구팀은 설명했다.

제1저자인 박원우 연구원은 "개발된 나노 온도계의 큰 강점은 온도 측정 과정이 기존 투과전자현미경 분석을 방해하지 않는다는 점"이라며 "투과 전자빔과 나노 온도계 입자 간 상호작용으로 발생하는 부산물인 빛을 이용해 온도를 측정하기 때문에 이미지 측정과 동시에 실시간 온도 검출이 가능하다"고 말했다.

권오훈 교수는 "외부 자극에 따라 변화하는 시료의 국부적인 온도 변화 관찰에 활용할 수 있어 이차전지, 디스플레이 등 첨단 소재 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano)에 지난달 30일 온라인으로 게재됐다.

연구는 삼성 미래 기술 육성사업의 지원을 받았다.

/연합뉴스