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3차원 상분리구조를 가시화 하는 X선 위상 CT

전문가 제언: X선 단층촬영법(X-ray computed tomography)은 물질주변의 각 방위로부터 투영상을 취하고, 물질내부의 흡수 계수분포를 컴퓨터에 재구성(가시화)하여 끊임없이 단면을 관찰하는 방법으로 널리 활용되고 있다. 연속적으로 단면위치에서 복수의 단층상(CT상)을 취하여 중첩시키면, 내부구조를 포함한 3차원 화상(3 Dimensional image)을 구성할 수 있다.

병원의 CT 주사장치(CT scanner)는 우리들에게 친근한 것으로서, 재료과학 등 학술분야에서도 X선 CT가 활용되고 있다. 이것은 특히, 수 ㎛ 혹은 그 이하의 공간분해능(Spacial resolution)을 가지는 것으로서 의료용과는 다르다. 시판되고 있는 X선 마이크로 CT장치를 이용하면 실험실에서 비교적 가볍게 촬영할 수 있다. 또한, 싱크로트론 방사광(SR: Synchrotron radiation)을 이용하는 것보다도 고급기술을 연구할 수 있다.

X선 CT의 콘트라스트는 시료에 의한 X선 감쇠(X-ray decay)에 의지하고 있기 때문에, X선에 있어서 비교적 투명한 물질에서는 충분한 콘트라스트가 얻어지지 않는 결점이 있다. 원자에 의한 X선 흡수계수는 그 원자번호의 거의 4승에 비례하는 성질이 있으며 즉, 경원소(Light elements)로 형성되는 고분자재료는 X선 CT가 불필요한 대상이다.

고분자 배합체(Polymer blend)에 나타나는 상분리 구조에 있어서는, 통상 X선 CT에 의한 가시화는 그다지 용이하지 않다. 2성분 혼합계의 경우 한 쪽의 상을 용해시켜서 제거하든지, 흡수계수(Absorbancy index)가 큰 원소로 수식해서 콘트라스트 강조를 도모하는 것으로 수행되고 있지만, 그대로 관찰할 수 있는 X선 CT가 있으면, 그 적용범위는 넓을 것으로 생각된다.

X선 위상 CT는 X선 위상 콘트라스트(X-ray Phase contrast)에 의뢰하는 것으로서, 고분자와 같이 약한 흡수물체의 감도를 대폭적으로 개선한 기술이다. X선은 물질 중을 탄환처럼 직진한다는 이미지로서 취급되었지만, 엄밀히는 고분자재료에 대해서 X선은 약간 굴절한다. 이것을 검출하여 화상화 시키면, 대폭적으로 감도개선이 가능하게 된다. X선 위상 콘트라스트 방법으로서는, 몇 가지 형태가 보고되어 있다. 여기서는 이들의 상세한 설명은 피하지만, 필자들이 고분자 배합체의 관찰에 사용하는 두 가지 방법을 소개한다.

저자: Atsushi Hyakusei
자료유형: 연구단신