전남대 안효성 교수팀, 국제적 연구 역량 입증
네이처 상위 50편에 선정
전남대학교 연구진이 외부 자극에 반응해 스스로 구조를 갖추는 '스마트 소재'의 핵심 원리를 밝혀내며 국제적 연구 역량을 입증했다. 세계적 권위의 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 편집진은 이번 연구를 해당 분야 상위 50편에 해당하는 '에디터 하이라이트'로 선정하면서다.
24일 전남대에 따르면 안효성 교수팀은 경희대 박범준 교수, 이화여대 황혜림 교수팀과 공동 연구를 진행해 액체 내 나노 입자들이 환경 변화에 맞춰 규칙적인 구조를 형성하는 자발적 과정을 규명했다. 미세한 입자들이 가변적인 환경 속에서 질서를 찾아가는 메커니즘을 구체화한 것이 이번 성과의 핵심이다.
연구진은 '알지네이트 하이드로젤' 나노 입자를 액체 방울 속에 가두고 그 움직임을 관찰하는 실험을 수행했다. 기존 학계가 입자 간 상호작용이 멈춘 '평형 상태'에서의 정렬을 주로 다룬 것과 달리, 이번 연구는 입자 표면의 전기적 반발력이 시간에 따라 바뀌는 '비평형 상태'의 변화에 초점을 맞췄다.
실험 과정에서 무질서하게 흩어져 있던 입자들은 전기적 반발력이 강화됨에 따라 서로 밀어내며 최적의 위치를 찾아갔다. 이 과정은 최종적으로 벌집 모양의 육각 격자 구조로 자발 정렬되는 결과로 이어졌다. 연구팀은 이를 통해 복잡한 물리 현상을 설명할 수 있는 새로운 자가정렬 이론을 확립했다.
첨단 분석 기술의 도입도 주목받는다. 연구팀은 수천 개에 달하는 나노 입자의 배열 상태를 3차원 입체 구조로 복원한 뒤 머신러닝 알고리즘을 활용해 이를 분석했다. 인공지능은 현미경 영상 속 개별 입자의 위치를 정밀하게 추적해 정렬 과정을 데이터화했으며, 해당 기술은 향후 다양한 신소재의 미세 구조를 파악하는 표준 기술로 활용될 전망이다.
네이처 커뮤니케이션즈 측은 이번 논문을 무기 및 물리화학 분야에서 가장 영향력 있는 연구물 중 하나로 꼽으며 에디터 하이라이트 페이지에 게재했다.
이번 연구는 스스로 구조를 형성하거나 파손 부위를 복구하는 스마트 소재 개발을 위한 이론적 토대를 마련했다는 점에서 의미가 크다는 평가다.
안효성 교수는 "이번 성과는 비평형 상태의 연성 콜로이드 시스템이 규칙적으로 정렬되는 과정을 이론과 실험으로 동시에 증명한 사례다"라며 "3차원 구조 분석과 머신러닝 기반 이미징 기법은 차세대 지능형 소재 및 에너지 소재의 미세 구조를 설계하고 제어하는 핵심 플랫폼이 될 것"이라고 강조했다.
/안세훈 기자 ash@namdonews.com