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 김영근 교수 팀 , “ 나노 크기 의 산화철 메조 결정 의 형성 과정 규명 ” 상세 
 김영근 교수 팀 , “ 나노 크기 의 산화철 메조 결정 의 형성 과정 규명 ” 
 세계 적 학술지 ‘ 네이처 커뮤니케이션 즈 ’ 실려 
 ▲ 김영근 고려대 교수 ( 교신 저자 ) , 박범 철 고려대 공학 기술 연구소 박사 ( 제 1 저자 ) , 조지 웅 한국 기초 과학 지원 연구원 ( 제 1 저자 ) 
 공과 대학 신 소재 공학부 김영근 교수 팀 은 한국 기초 과학 지원 ( KBSI ) 연구원 조지 웅 박사 연구 팀 과 공동 으로 나노 크기 의 산화철 마그네타이트 ( magnetite ) 메조 결정 ( mesocrystal ) 이 생성 되 는 과정 에 따라서 메조 결정 의 미세 구조 가 달라지 는 현상 을 규명 하 고 상천 이 제어 를 위한 새로운 접근 방법 을 제시 했 다 . 
 * 메조 결정 : 아주 작 은 단위 결정 들 이 서로 뭉쳐 있 는 형태 로 존재 하 는 소재 로 낱개 의 단위 결정 에서 는 나타나 지 않 는 새로운 집합 적 특성 을 보이 기 때문 에 산업 에 관심 을 받 고 있 음 
 공동 연구 팀 은 마그네타이트 ( Fe 3 O 4 ) 산화철 메조 결정 이 생성 되 는 경로 들 이 다양 한데 어떤 경로 로 생성 되 는지 에 따라서 메조 결정 을 구성 하 는 단위 결정 의 크기 가 다르 게 형성 되 는 현상 을 규명 하 고 , 더 나아가 원 하 는 대로 단위 결정 자체 의 크기 와 이것 들 이 뭉쳐진 크기 를 제어 해 산화철 메조 결정 의 자기 적 특성 을 제어 하 는 데 성공 했 다 . 이번 성과 는 세계 적 인 학술지 인 ‘ 네이처 커뮤니케이션 즈 ’( Nature Communications ) 에 1 월 15 일 게재 됐 다 . 
 * 논문 명 : Strategy to control magnetic coercivity by elucidating crystallization pathway - dependent microstructural evolution of magnetite mesocrystals 
 * 저자 : 김영근 고려대 교수 ( 교신 저자 ) , 박범 철 고려대 공학 기술 연구소 박사 ( 제 1 저자 ) , 조지 웅 한국 기초 과학 지원 연구원 ( 제 1 저자 ) 
 마그네타이트 산화철 소재 는 크기 에 따라서 독특 한 자기 적 특성 을 나타내 기 때문 에 인체 내 영상 , 체외 진단 , 온열 치료 등 의 의료 분야 외부 자기장 차폐 , 스텔스 기술 등 의 전자 분야 에서 각광 받 는 소재 이 다 . 이렇게 다양 한 분야 에 마그네타이트 산화철 소재 를 적용 하 기 위해서 는 특성 의 지표 중 에 하나 인 자기 보자력 을 응용 분야 에 맞 게 정밀 하 게 조절 할 필요 가 있 고 미세 구조 의 형성 과 크기 는 보자력 에 영향 을 미치 는 중요 한 인자 이 다 . 그러나 화학 적 으로 합성 되 는 나노 크기 의 입자 에서 미세 구조 가 형성 되 는 과정 은 매우 복잡 하 기 때문 에 미세 구조 를 정밀 하 게 설계 하 는 데 에 큰 제약 이 따른다 . 
 * 자기 보자력 ( magnetic coercivity ) : 자성 소재 의 자화 를 0 으로 감소 하 는 데 요구 되 는 역 자장 으로 나타내 는 지표 로서 소재 의 성분 , 크기 , 미세 구조 에 큰 영향 을 받 음 
 연구 진 은 마그네타이트 산화철 메조 결정 이 생성 되 는 과정 을 시간 별 로 확인 하 는 과정 에서 , 서로 다른 동질 이 상체 중간물질 로부터 메조 결정 이 형성 될 때 메조 결정 을 구성 하 는 단위 결정 의 크기 가 다르 게 형성 되 는 것 을 규명 했 다 . 연구 팀 은 이러 한 원리 를 바탕 으로 마그네타이트 산화철 메조 결정 의 직경 과 단위 결정 의 크기 를 독립 적 으로 제어 하 는 데 에 성공 하 고 단위 결정 의 크기 가 메조 결정 의 직경 에 따른 자기 보자력 거동 에 미치 는 영향 을 나타내 는 실험 적 모델 을 제시 했 다 . 
 * 동질 이 상체 ( polymorph ) : 동일 한 성분 의 물질 이 지만 소재 를 이루 는 원자 들 의 결합 방식 이 다르 기 때문 에 다른 성질 을 갖 는 물질 
 * 중간물질 ( intermediate ) : 열역학 적 으로 가장 안 정한 소재 가 생성 되 기 이전 에 나타나 는 불 안정 한 소재 로서 경우 에 따라 결정 이 만들 어 질 때 용액 의 이온 으로부터 바로 결정 이 만들 어 지 지 않 고 여러 중간물질 의 단계 를 거쳐서 만들 어 짐 
 과학 기술 정보 통신부 · 한국연구재단 의 나노 · 소재 원천 기술 개발 사업 , 과학 기술 정보 통신부 · 한국연구재단 중견 연구 지원 으로 수행 된 이번 연구 는 복합 한 금속 산화물 소재 의 생성 과정 속 에 숨겨진 미세 구조 의 형성 원리 를 밝혀낸 결과 로 단계 적 상변화 과정 으로 생성 되 는 금속 산화물 전반 으로 대상 을 넓혀서 적용 시킬 수 있 을 것 으로 기대 된다 . 향후 미세 구조 를 정밀 조절 하 는 데 새로운 접근 방법 으로 활용 할 수 있 다는 학문 적 의의 와 함께 이번 연구 에서 제시 한 마그네타이트 산화철 메조 결정 의 단위 결정립 크기 별 직경 - 자기 보자력 거동 실험 모델 은 자기 보자력 의 정밀 제어 가 필요 한 다양 한 의료 및 전자 분야 에 활용 될 수 있 는 플랫 폼 이 라는 데 에 산업 적 의의 가 있 다 . 
 ( 그림 1 ) 산화철 메조 결정 의 생성 과정 에서 밝혀진 2 가지 결정 화 경로 의 모식도 . 경로 1 은 철 전구체 의 비율 이 수산화 이온 ( OH -) 에 비해서 과량 이 주입 되 었 을 때 주로 나타나 며 페리 하이드 라이트 ( ferrihydrite , Fe 5 HO 8 · 4 H 2 O ) , 레 피도 크로 사이트 ( lepidocrocite , γ - FeOOH ) , 마그네타이트 ( magnetite , Fe 3 O 4 ) 순 으로 형성 된다 . 경로 2 는 철 전구체 의 양 이 경로 1 보다 상대 적 으로 적 게 주입 되 었 을 때 나타나 고 페리 하이드 라이트 ( ferrihydrite , Fe 5 HO 8 · 4 H 2 O ) , 레 피도 크로 사이트 ( lepidocrocite , γ - FeOOH ) , 침철석 ( goethite , α - FeOOH ) , 마그네타이트 ( magnetite , Fe 3 O 4 ) 순 으로 형성 된다 . 경로 1 을 거쳐서 만들 어 진 마그네타이트 산화철 메조 결정 이 경로 2 를 거쳐서 만들 어 졌 을 때 보다 작 은 단위 결정 으로 구성 된 메조 결정 이 만들 어 진다 . 
 ( 그림 2 ) 마그네타이트 산화철 메조 결정 의 직경 및 단위 결정 의 크기 에 따른 자기 보자력 거동 모델 . 평균 단위 결정 의 크기 가 다른 5 개 의 그룹 에서 측정 된 자기 보자력 을 메조 결정 의 직경 의 함수 로서 나타냈 다 ( 그림 2 a 의 실선 ) . 이것 은 기존 에 알려진 실험식 과 잘 맞 는 결과 를 나타낸 것 이 다 . 메조 결정 을 구성 하 는 단위 결정 들 은 모두 같 은 결정학 적 방향 으로 정렬 되 어 있 다 . 이것 은 정렬 된 구 의 집합체 ( ordered aggregate of spheres ) 로 표현 할 수 있 다 . 그림 1 a 의 그래프 에서 잘 나타나 있 듯이 정렬 된 구 의 집합체 는 같 은 부피 의 단결정 입자 보다 작 은 자기 보자력 을 나타낸다 . 이것 은 단위 결정 들 간 에 자기 적 으로 상호 작용 을 하 고 있 기 때문 에 외부 자기장 에 대해서 쉽 게 자화 된다고 할 수 있 다 . 또한 메조 결정 을 구성 하 는 단위 결정 의 숫자 가 들 어 날수록 자기 보자력 은 증가 하 고 , 이것 은 기존 의 입자 의 직경 에 따른 보자력 변화 의 실험식 과 잘 일치 하 는 것 으로 나타났 다 . 이것 은 단위 결정 들 간 에 자기 적 상호 작용 을 하 고 있 을 때 메조 결정 은 마치 하나 의 입자 처럼 거동 하 려는 경향 을 보인다는 것 을 의미 한다 .