진형민 원자력연구원 박사, 미국 시카고대학 연구진과 국제 공동연구 통해 밝혀내

이번 연구를 주도한 (왼쪽부터) 진형민 한국원자력연구원 양자빔물질과학연구부 선임연구원, 리 샤오 시카고대학교 박사, 폴 닐리 시카고대학교 교수.
이번 연구를 주도한 (왼쪽부터) 진형민 한국원자력연구원 양자빔물질과학연구부 선임연구원, 리 샤오 시카고대학교 박사, 폴 닐리 시카고대학교 교수.

차세대 액정 재료로 주목받는 블루 페이즈(blue phase)에서 발생하는 ‘상전이’ 현상의 비밀이 풀렸다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 국제 공동연구팀이 블루 페이즈의 상전이가 ‘마르텐사이트 상전이’와 유사하다는 사실을 발견했다고 2일 밝혔다.

진형민 원자력연구원 양자빔물질과학연구부 박사, 미국 시카고대학교의 폴 닐리교수, 후안 드 파블로 교수, 리 샤오 박사 등으로 구성된 이 연구팀은 블루 페이즈 연성결정의 온도를 43도에서 40.7도로 낮출 때 순간적인 상전이가 일어난다는 것에 주목해 연구를 진행한 결과 이와 같은 발견에 성공했다.

이번 연구결과는 지금까지 원자결정에서만 마르텐사이트 상전이 현상이 보고됐던 것과 달리 일반적인 원자결정 대비 1000배가 넘는 크기의 연성결정에서도 같은 현상이 발생한다는 사실을 발견했다는 의미가 있다.

연성결정은 고체의 결정성(규칙성)과 액체의 불안정한 상태를 동시에 갖고 있는 상태를 뜻하며 마르텐사이트 상전이는 금속원자 결정이 급속도로 냉각되는 과정에서 매우 단단한 조직으로 변하는 현상을 뜻한다.

원자력연구원에 따르면 마르텐사이트 상전이는 첨단 철강이나 형상기억합금 소재 등을 연구·개발하는 데 중요한 현상으로 관심받고 있다.

연구팀은 상전이 이후 블루 페이즈 액정에서 관찰되는 격자무늬가 마르텐사이트 상전이에서 발생하는 ‘쌍정’인 층상 구조와 같다는 것도 밝혀냈다.

진 박사는 “이번 연구 성과는 연구원에 축적된 산란 기술을 통해 연성결정과 원자결정 간의 유사 연결고리를 찾아낼 수 있었기 때문에 가능했다”며 “앞으로도 관련 연구를 계속해 이를 기반으로 차세대 분자기반 소자들을 개발해 나가겠다”고 말했다.

한편 원자력연구원은 전기장에 대해 빠른 반응속도를 지닌 블루 페이즈 액정이 차세대 디스플레이, 액정 레이저, 스마트 센서 등 원천기술 개발에 활용되고 반사형 컬러 디스플레이를 비롯한 차세대 광학 소재 산업 고도화의 실마리를 제공하는 등 관련 산업에서 부가가치를 끌어낼 수 있을 것으로 예상된다고 덧붙였다.

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