2024.   10.   29.

고려대, 세계 최초 극저온에서 물 분자 나노 클러스터 형성 과정 밝혀내

□ 고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 안동준 교수와 KU-KIST 융합대학원 김명기 교수 공동 연구팀이 세계 최초로 나노미터 크기의 물(H2O) 분자 거동을 실시간으로 관찰해, 저온에서 고밀도 물 분자 나노 클러스터 형성 규명에 성공했다. 

□ 본 연구 결과는 국제적인 학술지 ‘Small Science’(IF: 11.1)에 지난 24일(목) 온라인 게재됐다. 

* 논문명: Plasmonic Observation of High-Density Nanoclustering in Low-Temperature H2O

* 논문 URL:  https://doi.org/10.1002/smsc.202400427

□ 물은 모든 생명에게 필수적인 물질이며, 다양한 환경에서 독특한 성질을 발휘한다. 특히 저온에서 물 분자의 행동과 상전이 메커니즘은 오늘날 동결 방지 기술과 극저온 물리학에서 매우 중요한 연구 주제이다. 기존 연구는 저온에서 물 분자가 결정 구조를 형성해 특이 상전이 현상이 일어나는 것은 증명했으나, 나노미터 수준에서의 실시간 관찰은 기술적 한계로 이루어지지 않아 중요한 과제로 남아있다. 

□ 이에 공동 연구팀은 세계 최초로 극저온에서 첨단 플라즈모닉 센서를 활용해 영하 77K에서 급속 냉각된 얇은 얼음층에서 발생하는 나노미터 크기의 밀도 변화를 관찰했다. 연구팀은 138서 268K 범위에서의 반응 현상을 실시간으로 관찰해 물 분자 상변이 메커니즘과 얼음 결정 구조 간의 상호작용을 명확히 증명했다. 

□ 이번 연구는 극한 저온 환경에서 물 분자의 변동을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공해 냉동, 동결 보존 기술 외에도 에너지 사업 등 다양한 산업 분야에서 효율성 향상과 새로운 응용 가능성을 제시했다. 

□ 연구를 주도한 김명기 교수는 “기존 연구와 달리 플라즈모닉 나노칩 센서를 활용한 실시간 관찰 기술로 물 분자 고밀도 클러스터 형성 과정을 명확히 포착할 수 있었다”라고 말하며 “본 연구 결과가 동결 기술 및 물 에너지 효율성 증대에 큰 도움이 될 것”이라고 기대감을 밝혔다. 

□ 본 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 중견연구자지원사업, KU-KIST School 운영 사업의 지원을 받아 수행됐다. 

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