국내 연구진에 의해 실시간으로 물질의 구조와 온도 변화를 동시에 관측하는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 권오훈 화학과 교수팀을 통해 투과 전자현미경 안에서 미세 시료의 온도를 정밀하게 측정하는 ‘나노온도계’를 개발했다고 2일 밝혔다.

해당 기기는 온도계 역할을 하는 나노입자가 전자빔을 맞을 때 방출하는 발광 스펙트럼을 분석하는 방식으로 온도를 측정한다.

이는 기존부터 시료의 미세구조를 관찰하는 방법으로 사용되던 기술을 온도 측정에 접목한 것이기에 한 번의 측정으로 두 가지 정보를 추출할 수 있는 것이 장점이다.

또 기존 나노온도계는 전자빔 세기에 따라 오차가 발생하기에 매번 이를 보정하는 작업이 필요했다.

이에 연구진은 음극성 방출 소재 ‘디스프로슘 이온’ 소재를 도입하면서 나노온도계의 신뢰도를 높이고 더 다양한 상황에 대응할 수 있도록 했다.

디스프로슘 이온은 전자빔의 에너지를 견딜 수 있는 ‘이트륨 바나데이트’의 표면에 도포되는데, 이를 통해 외부 환경에 따른 오차가 줄어든다.

나노온도계 작동 원리 [UNIST 제공]

연구진은 영하 170도부터 영상 50도까지 다양한 극한 상황에서 온도계를 시험했을 때 약 4℃ 이내까지 오차를 줄이는 데 성공했다고 밝혔다.

또 나노온도계를 활용해 실시간으로 변화하는 온도와 구조를 동시에 관측하면서 기술의 유효성도 입증했다.

구체적으로는 시료에 레이저 빔을 조사해 온도를 올렸을 때 주변 공간의 온도 변화 분포를 추적하는 방식이다.

UNIST는 새로운 나노온도계가 이차전지나 디스플레이 등 다양한 산업 분야에서 활용될 것으로 기대했다.

UNIST 관계자는 “온도 측정 신뢰도뿐만 아니라 실제 현장에서 적용할 수 있도록 내구성과 범용성도 확보된 제품”이라고 말했다.

또 “이차전지의 경우 열폭주 화재를 막기 위해서 구조적 결함이나 내부 온도변화 등을 지속적으로 연구하는데, 나노온도계의 활용이 가능할 것으로 본다"라고 덧붙였다