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중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원의 딩펑(丁峰) 연구원이 팀원과 토론을 하고 있다. (취재원 제공)
중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원은 지난 23일 한국 유니스트(UNIST·울산과학기술원) 연구진과 손잡고 '단일 이온 제어기술'을 이용해 처음으로 원자 수준에서 소금이 녹는 과정을 관측하고 이를 제어하는 데 성공했다고 발표했다.
이 획기적인 발견은 용액에서 대전(帶電) 원자(이온)의 움직임을 이해하는 데 새로운 시각을 제공할 뿐만 아니라 배터리·반도체 등 분야의 신소재 개발에도 중요한 영향을 미칠 수 있을 것으로 보인다.
해당 연구성과는 최근 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다.
물 분자를 제어해 음이온을 선택적으로 추출하는 과정 설명도. (취재원 제공)
연구진에 따르면 일상생활에서 가장 흔한 물질 중 하나인 식염의 용해는 보기엔 간단해 보이지만 이 과정에서 대전 이온의 행위는 굉장히 복잡하다. 따라서 연구진은 오랜 기간 용액 내 이온의 평균 특성만 측정할 수 있었을 뿐 단일 이온의 현상을 정확하게 관찰할 수 없었고 원자 수준에서 식염의 수중 용해 과정 또한 관찰할 수 없었다.
해당 난제를 해결하기 위해 중국과학원 선전선진기술연구원 딩펑(丁峰) 연구팀과 유니스트 신형준 교수 연구팀이 손을 맞잡았다.
식염의 수중 용해 과정과 원자 수준에서 발생하는 단일 이온 용해 과정. (취재원 제공)
연구팀은 -268.8℃의 극저온에서 원자 2~3층 두께의 얇은 소금 막 위에 개별 물 분자를 증착했다. 이어 원자 수준 이하의 해상도를 갖는 주사터널링현미경(STM)으로 물 분자의 움직임과 염소 음이온(C1-)의 용해 과정을 관찰했다.
딩펑 연구원은 일반적인 대전 원자로서 이온은 배터리나 반도체 재료의 성능을 현저히 변화시킬 수 있을 것이라며 이번 성과는 신소재의 설계에 대한 새로운 아이디어를 제공했다고 부연했다. 이어 다음 단계는 단일 이온 제어기술을 기반으로 이온과 관련된 다양한 기본 기술 및 응용 연구를 더욱 확장해 나가는 것이라고 강조했다.