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현재의 전자선 단층 촬영법

전문가 제언: 고분자 (기능)재료의 발전은, 정밀합성기술의 발전에 동반하여 신규 나노상 분리구조의 창조, 반응성 가공(Reactive processing)에 의한 특이한 물성？기능을 가지는 신규재료의 등장 등, 폴리머 자체의 개량이나 가공기술의 향상에 의한 새로운 전개를 맞이하고 있다. 한편, 점토 등의 무기물질을 고분자 중에 분산시켜서 내화성？고탄성율？기체차폐성 등의 기능을 부여하기도 하고, 고무매트릭스에 카본블랙(CB)이나 실리카 나노입자 등을 혼합하여 기계강도나 전기전도성을 부여한 재료 등, 각종의 ？나노복합재료？？등도 실용적인 관점으로부터 중요한 고분자재료이다.

이와 같은 각종 고분자내에는 상분리 구조, 결정？구정구조, 비정구조 등의 각종 고차구조가 존재하며, 이들 불균일 구조가 재료의 여러 가지 물성에 크게 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 불균일 구조와 재료물성간에 존재하는 상호관계를 해명하는 것이 중요하다는 것은 말할 필요도 없다.

그러나 현재 상황에 있어서, 이 관계는 그다지 명확하다고는 말할 수 없다. 이것은 재료의 물성을 측정하는 것이 비교적 용이한 것에 대해서, 불균일 구조를 정확히 평가 ？ 해석하는 것이 곤란하다는 것에 하나의 원인이 있다. 불균일 구조의 관찰 ？ 해석을 위한 각종 방법이 제안되어 있지만, 결국 3차원 구조인 불균일 구조를 「3차원 그대로」관찰하는 것이 취급하기 쉽다.

과거 10여 년간에 불균일 구조의 3차원 가시화를 가능하게 하는 각종 현미경법(3차원 현미경법)이 급속히 발달했다. 필자인 Koji Jinai 등은 지금까지 투과형전자선현미경법(TEM: Transmission Electron Microscopy)으로 단면촬영법(Tomography)을 조합시킨 전자선 촬영법(ET: Electron Tomography)을 개발하고, 이것을 고분자 나노구조에 응용하는 것으로 학술적 성과를 거두었다.

그러나 고분자재료의 거의 대부분은 계층적 구조를 가지며, 재료의 여러 가지 특성은 재료내부의 nm로부터 수백 nm 스케일(？？메조스케일？？)의 3차원 구조에 의하여 크게 좌우되고 있다. 예를 들면, 나노복합재료에서는 필러가 응집(수십 nm 정도의 크기)하고, 이 응집체가 더욱 연결하여 복잡한 불균일 구조를 형성하고 있으며, 수백 nm 이상의 고차구조가 복합특성의 거의 대부분을 담당하는 것으로 설명되고 있다.

저자: Koji Jinai
자료유형: 연구단신