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2013년 5월 17일 금요일

미크론 스케일 꽃 ?



 아주 미세한 결정을 의도한 대로 만들 수 있는 방법이 하버드 대학의 엔지니어링 및 응용 과학부 (SEAS Harvard School of Engineering and Applied Science) 에 의해 개발되었습니다. 이들이 Science 에 기재한 방법에 의하면 미크론 (micron : 1/1000 mm ) 크기에 불과한 미세 구조를 원하는 방식으로 만들수 있으며 이들은 이들 증명하기 위해 초미세 인조 꽃을 만들었습니다. 



(가상 칼러 처리를 한 전자 현미경 이미지.  These false-color SEM images reveal microscopic flower structures created by manipulating a chemical gradient to control crystalline self-assembly. (Image courtesy of Wim L. Noorduin.) )


 Wim L. Noorduin 을 비롯한 SEAS 의 연구팀은 화학 결정의 자라는 성질을 인위적으로 조작해서 이와 같은 기술적 과제를 달성했다고 합니다. 다양한 화학물질이 용액에 녹은 후 결정을 형성하게 되는데 pH 나 온도 기타 다양한 조건에 의해 자라는 모습이나 결정이 만들어지는 조건이 달라지게 됩니다. 


 이들은 barium chloride 와 sodium metasilicate 가 용해된 용액과 이산화탄소를 이용해 이 용액에서 barium carbonate 결정이 자라도록 했습니다. 우선 이산화탄소가 용해된 물질과 반응해 barium carbonate crystal 을 형성합니다. 이후 부산물에 의해 pH 가 낮아지면 이것이 다시 sodium silicate (waterglass) 와 반응해 자라는 구조물이 silica 의 층을 형성하게 됩니다. 여기에 산을 첨가하므로써 연구자들은 원하는 형태의 barium carbonate 결정을 만들 수 있다고 합니다. 연구팀은 이 과정을 자기 조직형 과정 (self assembly process) 라고 부르고 있습니다. 


 이 과정에서 여러가지 조건을 변형시키므로써 다양한 모양의 꽃을 만들 수 있다고 합니다. 예를 들어 용액속에 녹은 이산화탄소 농도를 높이면 넓은 형태의 입이 형성되고 반대로 낮추게 되면 좁고 구부러진 입사귀를 만들게 된다고 합니다. 


 이와 같은 미세 결정 생성 기술이 미래에 어떻게 이용할 수 있을지는 아직 알 수 없지만 이런 미시세계에서 인간이 화학 반응을 이용해서 다양한 구조물을 쉽게 만들어 낼 수 있다는 것은 매우 흥미롭습니다.


 참고 



Journal Reference:

  1. W. L. Noorduin, A. Grinthal, L. Mahadevan, J. Aizenberg.Rationally Designed Complex, Hierarchical Microarchitectures. Science, 2013; 340 (6134): 832 DOI:10.1126/science.1234621

  


  

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