RIST(포항산업과학연구원, 원장 우종수)가 세계최고성능의 차세대 투과전자현미경을 도입했다. 하이브리드소재, 세라믹, 반도체, 나노소재, 극한금속소재 등 첨단소재의 개발을 주도하고 있는 RIST는 이러한 소재의 단일 원자를 100억분의 1미터 단위까지 분석할 수 있는 ‘차세대 구면수차 보정 투과전자현미경(Spherical Aberration-Corrected Transmission Electron Microscope; 이하 Cs-Corr. TEM)’을 도입했다고 지난16일 밝혔다.
본 장비를 활용해 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀, 탄소나노튜브, 금속 및 세라믹 나노입자, 이차전지용 양극재/음극재 소재 등의 원자 단위 물질구조 정보를 얻을 수 있어, 신소재분야 연구가 한층 속도를 얻을 것으로 기대하고 있다.
국내에서 운용되고 있는 Cs-Corr. TEM은 약 40여 대로 추정되고 있으나, 이 중 대부분은 1세대 또는 2세대 장비로써, 열 음극형(Thermal Type) 전계방출 전자총(Field Emission Gun; FEG)을 갖추고 있고, 단일 구면수차 보정기(Single Cs-Corrector)만 설치되어 있다.
최근 RIST가 도입한 Cs-Corr. TEM은 3세대 장비로써, 훨씬 향상된 에너지 분해능(0.3 eV), 고휘도(high brightness), 고안정성, 고수명의 냉 음극형(Cold type) FEG가 채택되었고, 전자현미경의 성능을 나타내는 분해능에 영향을 주는 구면수차를 보정하기 위하여 두 개의 구면수차 보정기(Double Cs-Corrector)가 시편 장입부의 위, 아래에 설치되어 있다.
RIST는 지난 9개월 여 동안의 시험운전을 통해 지난달 최종설치를 완료했으며, 포스코, 포스텍을 비롯한 국내 유수 연구기관, 대학, 기업 등과의 연구협력 및 시험분석 서비스에 착수했다.
RIST 분석평가그룹의 허 윤 박사는 “RIST는 한국인정기구(KOLAS) 인증 3년 연속 국내최고시험분석기관으로 선정되는 등 국내최고수준의 시험분석인프라를 구축하고 국내외 시험분석평가 분야에서 두각을 나타내고 있다. 주요 장비 300여 대를 포함한 총 1,000여 대의 최신 시험분석장비를 운용하여 연 1,000여 건의 시험성적서를 제공하고 있다” 며 “국내외 대학, 연구기관, 기업 등과의 공동연구 및 분석지원에 이번에 도입한 Cs-Corr. TEM 장비를 활용할 계획으로, 소재 분야에서 세계적 수준의 연구성과를 창출하고 국가소재 산업 발전에 기여할 것” 이라고 말했다.
3세대 Cs-Corrected TEM (Transmission Electron Microscope) 특징
- 이중 구면수차 보정기를 통한 100억분의 1미터 원자 분해능
이중 구면수차 보정기(Double Cs-Corrector)의 효과에 의하여, 0.1 nm(나노미터, 10억분의 1 미터) 이하의 세계최고 원자분해능으로 단일 원자를 관찰할 수 있는 본 장비는 차세대 소재로 주목 받고 있는 극한소재, 하이브리드 소재, 그래핀, 탄소나노튜브, 금속 및 세라믹 나노입자, 이차전지용 양/음극재 소재 등의 연구개발에서 지금까지 알려지지 않았던 원자 단위에서 발생되는 미세구조적 메커니즘을 밝히는데 활용될 예정이다.
- 대기비개방 One-Stop 시편분석을 통한 대기산화/변형 원천방지
일반적으로 리튬이온 이차전지 양극재 활물질의 경우, 전지 성능 분석이나 열화 기구 분석을 위해서 전지 셀을 분해하여 조사를 하는데, 이렇게 분해하면 대기에 노출되어 산화/변형이 발생하기 때문에 분석 오차가 발생할 수밖에 없다.
하지만, 본 장비는 전지 셀 분해에서부터 집속 이온빔 가공 장비(Focused Ion Beam; FIB)에 의한 시편 가공, 투과전자현미경으로의 시편 이송과 분석이 모두 대기에 노출되지 않고one-stop으로 가능한 기능이 구축되어 있어, 이차전지 관련 연구자들에게 큰 매력으로 작용하고 있다.
- 차세대 미래에너지 저장소재, 이차전지 리튬 거동분석 가능
또한, 일반적인 투과전자현미경에 설치되어 있는 에너지 분산 X선 분광검출기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer; EDS)로는 분석이 불가능한 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 질소(N), 산소(O) 등의 경원소를 분석할 수 있는 전자 에너지 손실 분광검출기(Electron Energy Loss Spectrometer; EELS)가 설치되어 있어서, 특히 이차전지의 주 원소인 리튬의 거동을 분석하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
