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2020/06/01 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자

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[우수R&D] 김재용 교수, 고압 연구의 새로운 지평 열어

압력 연구를 선도하는 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터

김현섭

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/bJfPB

내용

높은 압력과 온도로 탄소는 다이아몬드가 된다. 이렇듯 고압이라는 특별한 상황을 주면 물질은 완전히 새로운 성격을 띠게 된다. 김재용 물리학과 교수는 중국의 고압 연구소와 미국의 카네기 연구소를 한양대에 유치해 초고압 연구의 선두에 서 있다.
 
고압에서의 물질 변화 연구는 가장 첨단에 있는 과학 분야 중 하나다. 고압 연구는 지구 내부의 압력을 재현해 물질 변화를 관측할 수 있으며, 나아가 상온 초전도체와 같은 공학의 바탕이 될 원천 기술이 된다. 압력은 단위 면적당 받는 힘이다. 시료의 크기를 작게 줄일수록 가해지는 압력은 커진다. 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터는 이 원리로 수십만 기압 이상의 압력을 만들어 연구에 활용한다.
 
▲김재용 물리학과 교수(오른쪽)가 연구원과 함께 다이아몬드 앤빌 셀의 시료 위치를 바로잡고 있다.
 
한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터는 다이아몬드 앤빌 셀(Diamond anvil cell)을 연구에 이용하고 있다. 다이아몬드 앤빌 셀은 두 다이아몬드 사이에 시료를 놓고 조이는 방식의 압력 장치다. 높은 압력을 가하기 위해서는 가압장치가 해당 압력을 견딜 수 있어야 하기 때문에 다이아몬드를 이용한다.
 
국내의 압력 연구는 이전까지 개개 연구실별 작은 규모로 수행했다. 체계화되고 조직적인 네트워킹과 정부 지원을 받는 연구소는 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터가 최초다. 연구 센터는 2016년부터 과학기술정보통신부의 지원을 받고 있다. 연구 센터는 중국의 고압 연구소와 미국 카네기 연구소와의 공동 심포지엄과 인력 교류 등 활발한 국제 공동 연구를 수행하고 있다.
 
수소 에너지 저장 기술은 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터가 수행한 대표적인 연구다. 압력을 가해 이전까지 실현하지 못한 용량의 수소를 저장하는 데 성공했다. TiZrNi로 구성된 준결정체 합금에 5만 기압을 가했을 때 실온에서 4.2 Wt에 해당하는 수소를 저장했다. 미국 에너지부에서 요구하는 수소자동차 상용화 기준에 가까운 성과이다. 연구 센터는 현재 상온 초전도체 연구를 이어가고 있다. 알칼리 금속과 수소의 고압 반응을 통한 초전도 현상에 집중하고 있다. 김 교수는 “200만 기압에서 일어나는 상온 초전도 현상을 수심만 기압까지 내릴 수 있는 방법을 찾는 것이 단기적 목표”라고 말했다.
 
▲1/4캐럿 다이아몬드를 단면적 200 마이크로미터 이하 크기로 가공해 시료에 압력을 가하는 다이아몬드압력셀의 모습. 수십마이크로미터 크기의 시료에 백만기압 단위까지 압력을 가할 수 있다.
 
다이아몬드 앤빌 셀은 미국의 카네기 연구소가 개발해 사용하던 것으로 한양대에 연구소가 유치될 때는 국내에 없던 기술이었다. 김 교수는 “2017년에 중국 고압연구소에서 돌아오는 길에 압력 셀 3개를 얻어왔다”고 얘기했다. 김 교수는 3개의 셀을 국내 업체 3곳에 보내 실측과 제작을 의뢰했다. 그는 “HYU라는 일렬번호가 새겨진 셀을 국내에서 생산할 수 있게 됐고 미국의 연구소도 셀의 정교함을 보며 놀란다”고 밝혔다. 끝으로 김 교수는 "고압관련 연구는 현대과학의 전위(아방가르드) 역할을 하는 좋은 학문 분야"라며 "아직 국내에서 초기단계이니 만큼 젏은 학생들의 도전성을 기대한다"고 말했다.


글/ 김현섭 기자          swiken1@hanyang.ac.kr
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