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방사광에 의한 철강재료의 표면/계면 연구

전문가 제언: ○ 재료가 외부요인에 의하여 어떻게 변화하는가를 관찰하는 경우에는 변화 전의 상태와 변화 후의 상태를 관찰하는 것이 보통이다. 그러나 변화의 과정을 이해하기 위해서는 실제의 환경 하에서 일어나는 동적 변화를 직접 관찰하는 것이 필요하다. 이를 가능하게 하는 방법이 “원래의 위치에서” 라는 의미의 라틴어에서 유래한 in situ 관찰이다.

○ 최근에는 분해능이 높은 전자현미경을 위시하여 방사광, 전자선, 중성자 등을 이용하는 분석기술의 진보에 의하여 재료분야에서 반응과정의 현상 해명에 in situ 관찰이 많이 응용되고 있다. 예를 들어 방사광 X선은 일반적으로 사용되는 X선보다 세기가 몇 십억 배이며 미소면적에 집중적으로 조사할 수 있어 나노 단위의 구조를 관찰하는데 유용하다.

○ 본고에서는 방사광을 이용하여 내후성강의 대기부식, 스테인리스강의 국부부식 및 도금강판의 합금화 반응에 관한 in situ 관찰과 해석방법을 소개하고 있다. in situ 관찰에서는 실제 환경을 모사하여 재현하는 방법, 반응 셀의 구성방법, 방사광의 조사기술(scanning technique), X선의 정량적 해석방법 등을 관찰 대상에 적합하게 조합하는 것이 중요하다.

○ 최근 방사광을 이용하는 X선 화상진단법이 금속 응고의 in situ 관찰법으로 보고되고 있으며 철강재료의 소성변형거동을 해석하는 데에도 중성자 회절에 의한 in situ 관찰법이 이용되고 있다. 또 전자선 홀로그래피에 의한 in situ 자장관찰법이 개발되어 마이크로 디바이스의 설계에 이용되고 있다. 이와 같이 최근의 재료연구에서 in situ 관찰이 활발하게 이용되고 있다.

○ 국내에는 포항가속기연구소의 방사광가속기에 27개의 빔 라인이 가동 중이고, 한국원자력연구원의 원자로(하나로)에 6기의 중성자 산란장치가 설치되어 응용과학에서 기초과학에 이르기까지 다양한 분야에 이용되고 있다. 재료분야의 응용은 주로 상태분석과 구조분석에 치중되고 있으나 앞으로는 재료물성 연구와 신재료 개발에 in situ 관찰이 적극적으로 활용될 것으로 전망된다.

저자: Masao Kimura
자료유형: 학술정보