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실시간 관찰 투과전자현미경 분석 기법 동향 원문보기

전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers, v.26 no.11, 2013년, pp.14 - 23  

김성대 (한국기계연구원 부설 재료연구소 신금속연구본부) ,  임영목 (한국기계연구원 부설 재료연구소 신금속연구본부 재료물성연구실)

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문제 정의

  • 따라서 본 글에서는 최근 소재의 분석관련 연구 분야에서 주목을 받고 있는 In-situ TEM 분석 기법에 대해 소개하고 관련 분야의 연구 동향에 대해 살펴보고자 한다.
  • 본고에서는 투과전자현미경 (TEM) 시편에 외부 자극을 가했을 때 발생하는 미세구조의 변화를 실시간으로 관찰하는 In-situ TEM 분석 기법에 대한 소개와 연구 동향에 대한 내용을 기술하였다. In-situ TEM 분석 기법의 활용을 통해 기존의 미세구조의 정적 관찰 뿐만 아니라 동적 반응 과정을 분석함으로써 외적 자극과 미세구조 변화와의 상관관계를 도출할 수 있다.
  • 그중에서 TEM 시편에 다양한 형태의 자극을 가할 수 있는 In-situ TEM specimen stage를 가장 일반적이고 필수적인 요소로 꼽을 수 있다. 즉, 투과전자 현미경 내에서 시편이 위치하는 부위인 시편 Stage에 열, 응력, 전기신호 등의 외부 자극을 가하여 미세구조의 변화를 유도하는 방법을 활용하는 것이다. 이러한 외부자극을 시편에 가할 수 있는 In-situ TEM stage의 활용에 있어 중요하게 고려해야 할 사항으로는 TEM 내에 시편이 장입되어 위치하는 대물렌즈 사이 공간 (Polepice gap)을 들 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전자현미경의 분해능이 높은 이유는? 이와 같은 전자현미경의 활용이 소재의 미세 구조 분석에 폭넓게 활용되게 된 이유를 살펴보면, 전자빔의 가속에 따른 분해능의 향상과 전자빔의 집속에 따른 국부적 영역의 분석이 가능하기 때문이라고 할 수 있다 [1]. 즉, 진공상태의 전자에 가해지는 전기장의 세기를 조절함으로써 그 파장을 줄일 수 있고 이에 따라서 파장 크기와 비례하는 공간분해능을 향상시킬 수 있다. 또한, 전자는 음극하전상태(Negatively charged state)의 특성을 갖기 때문에 전자기 렌즈 및 전자기 편향 코일을 이용하여 국부적인 영역으로의 집속 및 위치의 제어가 가능하므로 이를 통해 국부적인 영역에서의 구조 분석이 가능하다.
재료공학의 주된 임무는 무엇인가? 소재의 특성은 그 내부의 미세구조에 의해 결정된다고 할 수 있다. 따라서 미세구조와 물성의 상관관계를 파악하고 미세구조를 제어함으로써 원하는 물성을 도출해 내는 것이 재료공학의 주된 임무라 할 수 있다. 이와 같이 새로운 물성을 갖는 소재를 개발하고 기존에 사용되는 소재의 특성을 향상시키고자 함에 있어 미세구조의 분석을 통한 미세구조-물성의 상관관계를 파악하는 것은 필수적 요소라고 할 수 있다.
소재의 미세구조 분석의 기본 원리는? 소재의 미세구조 분석의 기본적 원리는 분석하고자 하는 대상에 제어된 자극 (Visible light, X-ray, Electron, Neutron etc.)을 조사하고 주입된 자극과 분석대상의 반응(Diffraction, Absorbtion, Reflection, etc.)에 의해 발생되는 신호 (Diffraction pattern, Character ist ic X-ray, F luorescence, Phosphorescence, etc.)를 분석함으로써 소재의 내부 구조를 유추하는 것이라고 할 수 있다. 이러한 다양한 자극-반응-신호발생의 원리를 활용한 분석 기법 중에서, 소재의 물성 발현에 매우 중요한 영향을 미치는 결정립계 (~μm), 구조 결함 (~nm), 원자 격자 배열 (~Å) 등의 분석을 위해 뛰어난 공간분해능을 갖는 분석 기법의 활용이 요구되었다.
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