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초고전압 전자현미경을 이용한 재료평가

전문가 제언: ○ 투과전자현미경(TEM)과 주사전자현미경(SEM)은 이공학 분야에서는 범용장비로 인식될 만큼 널리 보급되어 있으며 최근으로 오면서 X선 분석을 위시한 분석전자기술의 발전으로 전자현미경은 단순히 미세조직이나 구조를 관찰하는 기능을 초월하여 미세영역의 상태해석의 기능도 갖게 되어 재료연구에서 없어서는 안 될 실험수법의 하나가 되고 있다.

○ 고전압으로 전자를 가속시키는 초고압전자현미경(HVEM)은 가속전자에 의한 원자의 축출로 시료에 손상을 주는 결점이 있으나 투과능이 높고 광속에 가까운 전자속도를 얻을 수 있어 두꺼운 재료의 구조상이나 전위거동의 in situ관찰이 가능한 점 등 통상적으로 사용되는 200~300kV의 투과전자현미경으로는 관찰이 곤란한 연구가 가능하다.

○ 현재 일본에는 Osaka University에 설치된 세계 최고의 가속전압(3MV)을 갖는 HVEM을 위시하여 물질재료연구소, Hokkaido University, Hitach기초연구소 등에 HVEM이 설치되어 있고 본 해설에서 소개하는 Kyushu University의 HVEM은 오메가형 전자에너지필터를 사용하는 신형으로서 전위나 석출물의 구조와 상호작용을 상세히 관찰할 수 있어 재료연구에 새로운 가능성을 제공하는 계기가 될 것이다.

○ 우리나라에도 한국기초과학연구소(KBSI)에 가속전압 1,250kV의 HVEM이 설치되어 있는데 주요 사양은 최대배율 200만 배, 분해능 1.2Å이하, 시료경사각도 ±60°로서 약 2㎛ 두께의 시료까지 원자배열의 3차원구조를 관찰할 수 있고 1500℃ 까지 in-situ실험이 가능하며 FasTEM이라는 원격운영시스템이 갖춰져 있어 장소의 제약을 극복한 역동적인 연구가 가능하다.

○ HVEM이 갖는 여러 가지 기능적 특징은 이제까지 불가능하였던 관찰을 가능케 함으로써 재료연구의 한 차원 높은 발전에 기여할 것으로 기대된다. 그러나 HVEM의 효율적 활용을 위하여서는 원격제어 시스템의 구축과 함께 생성된 데이터의 효율적 관리와 공유를 위한 e-Science환경의 정비가 필요하다.

저자: Syo Matsumura, Kenji Higashida
자료유형: 학술정보