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[IT뉴스]극저온에서 뭉치는 물 분자 움직임 최초 규명…냉동·에너지 분야 활용 기대

온카뱅크관리자

2024-10-29 13:16:11

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="PTGLn1dzGr" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="물은 지구 생명체에 필수적인 물질로 다양한 환경에 따라 독특한 성질을 나타내 과학자들의 꾸준한 연구 대상이다. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/29/dongascience/20241029131617869tkuc.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="4bwbBr7vYO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/29/dongascience/20241029131617869tkuc.jpg" width="658"></p>
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            물은 지구 생명체에 필수적인 물질로 다양한 환경에 따라 독특한 성질을 나타내 과학자들의 꾸준한 연구 대상이다. 게티이미지뱅크 제공
           </figcaption>
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          <p dmcf-pid="QH1jNpo9Yw" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 영하 20~90℃ 사이 극저온 상태에서 물 분자가 뭉쳐 밀도가 커지는 특이 상전이 현상을 실험으로 처음 확인했다. 연구결과는 냉동, 동결 보존 기술뿐 아니라 에너지 산업 등에서 효율성을 향상하고 새로운 기술을 개발하는 데 응용될 것으로 기대된다.</p>
          <p dmcf-pid="xXtAjUg21D" dmcf-ptype="general"> 고려대는 안동준 화공생명공학과 교수와 김명기 KU-KIST 융합대학원 교수 공동연구팀이 극저온 상태에서 나노미터(nm, 10억분의 1m) 수준의 물 분자(H2O) 분자 움직임을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 연구결과는 24일 국제학술지 '스몰 사이언스'에 공개됐다.</p>
          <p dmcf-pid="yJoUpAFOXE" dmcf-ptype="general"> 극저온에서 물 분자의 움직임은 동결 방지 기술과 극저온 물리학 등에서 중요한 연구 주제다. 선행 연구에서 물 분자가 극저온 일부 구간에서 결정 구조를 형성하며 밀도가 커지는 특이한 상전이가 밝혀진 바 있지만 실험으로 확인된 적은 없었다. 상전이는 같은 물질에서 원자 배열 등이 바뀌며 물리적 성질이 급격하게 변화하는 현상이다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="W3urwbkPYk" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="나노칩 기반 플라즈모닉 검출 시스템을 사용해 저온에서 물 분자의 나노 수준 움직임을 실시간으로 관찰하는 모식도. 물 분자들이 180~250K 온도 사이에서 응집해 고밀도 클러스터를 형성하는 것이 확인됐다. 고려대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202410/29/dongascience/20241029131619156jcge.jpg" data-org-width="592" dmcf-mid="86rfVCKGXs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202410/29/dongascience/20241029131619156jcge.jpg" width="658"></p>
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            나노칩 기반 플라즈모닉 검출 시스템을 사용해 저온에서 물 분자의 나노 수준 움직임을 실시간으로 관찰하는 모식도. 물 분자들이 180~250K 온도 사이에서 응집해 고밀도 클러스터를 형성하는 것이 확인됐다. 고려대 제공
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          <p dmcf-pid="Y07mrKEQYc" dmcf-ptype="general">연구팀은 먼저 영하 196℃에 달하는 77K(캘빈, 절대온도 단위로 0K은 -273.15℃)에서 급속 냉각된 얇은 얼음층을 만들었다. 이후 비파괴 형식으로 분자 움직임을 확인하는 나노칩 기반 플라즈모닉 센서를 활용해 온도가 올라가며 일어나는 물 분자들의 밀도 변화를 관찰했다.</p>
          <p dmcf-pid="Gpzsm9DxYA" dmcf-ptype="general"> 실험 결과 물 분자들이 영하 20~90℃ 범위에서 응집해 고밀도 클러스터를 형성하는 것이 처음으로 관찰됐다. 나아가 해당 범위에서 일어난 물 분자의 상변이 메커니즘과 얼음 결정 구조 간의 상호작용을 규명할 수 있었다.</p>
          <p dmcf-pid="HOlMxW6Ftj" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 "극저온 환경에서 물 분자의 변동을 이해하면 냉동, 동결 보존 기술 외에도 에너지 산업 등 다양한 분야에서 응용될 가능성이 있다"고 설명했다.</p>
          <p dmcf-pid="XISRMYP3XN" dmcf-ptype="general"> 김 교수는 "플라즈모닉 나노칩 센서를 활용한 실시간 관찰 기술로 물 분자 고밀도 클러스터 형성 과정을 명확히 포착할 수 있었다"며 "연구결과가 동결 기술 및 물 에너지 효율성 증대에 큰 도움이 될 것"이라고 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="ZCveRGQ0Ya" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1002/smsc.202400427</p>
          <p dmcf-pid="5KfTvQhLHg" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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