[톡톡뉴스] 전남대학교 연구진이 스스로 구조를 형성하는 ‘스마트 소재’ 개발의 이론적 기반을 제시하며 국제 학계의 주목을 받고 있다.

이번 연구는 세계적 학술지 Nature Communications 편집진이 선정하는 ‘에디터 하이라이트’에 이름을 올리며, 해당 분야 상위 약 50편의 핵심 논문에 포함됐다.

24일 전남대학교에 따르면, 안효성 교수 연구팀은 경희대학교 박범준 교수, 이화여자대학교 황혜림 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 액체 속에 갇힌 나노 입자들이 외부 환경 변화에 반응하며 스스로 규칙적인 구조를 형성하는 과정을 정밀하게 규명했다.

이번 연구는 나노 규모 입자들이 변화하는 환경 속에서 어떻게 질서를 만들어가는지를 밝혀낸 성과로 평가된다.

연구팀은 미세한 액체 방울 안에 ‘알지네이트 하이드로젤’ 나노 입자를 가두고 입자의 움직임을 관찰했다.

기존 연구가 입자 간 상호작용이 일정한 평형 상태에서의 정렬을 주로 다뤘다면, 이번 연구는 입자 표면의 전기적 반발력이 시간에 따라 변화하는 ‘비평형 상태’에 주목했다.

실험 결과, 무질서하게 분포하던 입자들은 전기적 반발력이 점차 증가함에 따라 서로를 밀어내며 최적의 배열을 형성했고, 최종적으로 벌집 형태의 육각 격자 구조로 자발적으로 정렬됐다.

연구팀은 이러한 과정을 통해 복잡한 물리 현상을 설명할 수 있는 새로운 자가정렬 메커니즘을 제시했다.

이번 연구의 또 다른 성과는 첨단 이미징 기술에 있다.

연구팀은 수천 개 나노 입자의 배열을 3차원 입체 구조로 복원하고(3D Reconstruction), 이를 분석하기 위해 머신러닝 기반 알고리즘을 도입했다.

인공지능은 현미경 이미지에서 개별 입자의 위치를 정밀하게 추적해 정렬 과정을 오차 없이 데이터화했으며, 이 분석법은 향후 다양한 첨단 소재의 미세 구조를 규명하는 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.

네이처 커뮤니케이션즈 편집진은 이번 연구의 학술적 중요성을 높이 평가해 ‘에디터 하이라이트(Inorganic and Physical Chemistry 분야)’로 선정했다.

해당 섹션은 최근 발표된 논문 가운데 분야별로 가장 영향력 있는 약 50편만을 선별해 소개하는 특별 페이지다.

안효성 교수는 “이번 연구는 비평형 상태의 연성 콜로이드 시스템이 규칙적인 구조로 정렬되는 과정을 실험과 이론으로 입증한 사례”라며 “3D 구조 분석과 머신러닝 기반 이미징 기술은 향후 지능형 나노 소재와 차세대 에너지 소재의 미세 구조를 설계하고 제어하는 핵심 플랫폼이 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 외부 환경 변화에 반응해 스스로 구조를 형성하거나 복구하는 ‘스마트 소재’ 개발에 중요한 이론적 토대를 제공할 것으로 기대된다.