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I. 제목
에너지 환경용 재료와 소자의 실시간 분석을 위한 복합환경 조성 원천기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
에너지 환경용 나노소재 및 소자는 실제 사용 과정에서 열, 빛, 응력, 전기신호, 유체(기체/액체)와 접하게 된다. 나노소재 및 소자의 특성을 파악하고, 이를 효과적으로 활용하기 위해서는 이와 같은 복합적 사용 환경에서의 물성 측정 및 원자단위 구조 분석이 이루어질 필요가 있다. 본 연구는 전자현미경 내부에서 분석대상이 되는 재료에 유체(기체/액체) 분위기를 조성하고 열적·기계적·광학적·전기적 변수를 부가함으로써 나노소재/소자의 실제 동작환경(복합환경)에서의 물성 및 내부구조 변화를 실시간으로 측정/해석할 수 있는 in-situ 통합 분석시스템을 확립하는데 그 목적이 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
상기의 목적을 달성하기 위해, 고분해능을 갖는 전자현미경 내에서 나노물질을 제어할 수 있는 미세조작기 및 시편에 열적, 광학적, 기계적, 전기적 자극의 전달 또는 유체(기체/액체) 분위기를 조성할 수 있는 실시간 관찰 복합환경 stage를 고안하여 개발하는 연구를 진행하였다[하드웨어]. 이에 연계되는 소프트웨어의 개발까지 그 범위를 넓혀 독자적인 분석시스템을 구축하고자 하였으며, 실제 소자에 대한 계산 데이터를 기반으로 구축한 시스템의 성능 검증까지 수행하고자 하였다.
IV. 연구개발결과
본 연구를 통해 실시간 관찰 전자현미경 기반의 [(복합)미세조작기/전류 주사/반복 응력 부가/전기신호+응력/열+(인장)응력/열+전기신호+응력/환경(기체/액체)셀] stage 및 음극 형광(Cathodoluminescence) & 분광분석 stage, 근접장주사광학 복합 시스템 모듈을 개발하였다. 복합환경을 조성한 상황에서 실제 나노와이어, 나노입자, 발광소자 및 구조재료 등의 미세구조와 복합물성 변화를 실시간으로 관찰하였고, 이를 통해 성능을 검증하였다. 더불어 연동되는 소프트웨어를 개발하여 상기 stage의 제어 및 획득한 데이터의 효과적인 처리가 가능하게 하였고, 궁극적으로는 실시간 관찰 전자현미경 연구에 활용할 수 있는 통합 분석시스템을 구축하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
본 연구를 통해 개발된 실시간 관찰 전자현미경 분석시스템은 이동성 및 호환성이 뛰어나기 때문에 투과전자현미경을 보유한 국내 연구기관에서의 활용이 매우 용이하다. 따라서 기술이전을 통해 기존의 분석 장비에서도 복합환경 조성 실시간 관찰 전자현미경 분석이 가능하도록 할 계획이며, 이를 통해 국내의 분석 관련 기술 및 연구의 수준을 한 단계 상승시키고자 한다. 또한 독창적인 연구를 진행하는 연구자의 필요에 따라 맟춤형 분석시스템을 제공하고 피드백을 주고 받음으로써 성능을 향상시킴은 물론, 국산 기술로 집약된 분석시스템의 사업화 기틀을 마련할 계획이다.
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