[대학가 오늘] 성재영 중앙대 교수팀, 100년 이론 뒤집는 나노입자 성장 새 이론 제시 外
중앙대학교(총장 박상규)는 성재영 화학과 교수(시스템화학 글로벌 선도연구센터 센터장) 연구팀이 100년 이상 나노입자 연구의 이론적 기반이었던 '깁스-톰슨 방정식(Gibbs-Thomson Equation)'과 '고전 핵형성 이론(Classical Nucleation Theory)'의 한계를 극복한 새로운 방정식과 성장이론을 제시했다고 9일 밝혔다. 이번 연구는 서울대학교 박정원 교수(화학생물공학부), 현택환 석좌교수(IBS 기초과학연구원 나노입자 연구단 단장) 연구팀과의 공동연구로 이뤄졌으며, 미국국립과학원의 공식 저널인 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A., 이하 PNAS) 2025년 6월호에 게재됐다. 제1저자는 김지현 교수(중앙대), 김주덕 박사(서울대), 김병효 교수(숭실대), 송상근 박사(중앙대, 현 UC Berkeley)이며, 실험 교신저자는 박정원 교수(서울대), 현택환 석좌교수(서울대, IBS 나노입자 연구단)가, 이론 교신저자는 성재영 교수(중앙대)가 맡았다. 실험 연구팀은 액체상 투과전자현미경(Liquid-phase Transmission Electron Microscope, 이하TEM)을 활용해 반지름이 1나노미터 정도에 불과한 초미세 백금(Pt) 및 금(Au) 입자들의 실시간 성장 궤적을 세계 최초로 수백여 개 수준으로 관찰하는 데 성공했다. 이론 연구팀은 관찰된 나노입자 크기분포 변화와 크기에 따라 변하는 입자 성장 속도가 깁스-톰슨 방정식 및 고전핵형성 이론은 물론 현존하는 이론들과 배치됨을 밝히고, 실험 결과들을 정량적으로 설명할 수 있는 새로운 방정식과 이론을 제시했다. 성재영 교수 연구팀은 기존에 중요성이 간과되었던 액체상 나노입자의 병진 및 회전 운동과 구조적 불균일성 그리고 나노입자의 진동 운동 및 전자 에너지를 모두 고려하는 정확한 나노입자 모델을 도출하고, 나노입자 크기에 따하 변화하는 주요 열역학적 성질인 화학포텐셜(chemical potential)에 대한 방정식을 정립했다. 깁스-톰슨 방정식에 따르면 화학포텐셜은 입자 크기가 증가하면 항상 감소하는데 반해, 새로운 방정식에서는 입자가 특정 크기보다 작은 경우 화학포텐셜이 크기에 따라 증가하게 된다. 연구팀은 화학포텐셜과 입자 크기에 따라 변화하는 성장 속도 간의 정확한 관계식을 도출하고, 다양한 실험계와 실험 조건에서도 보편적으로 적용할 수 있음을 입증했다. 이번 연구는 입자의 크기가 특정 크기보다 작을 경우, 기존 오스트발트 성숙(Ostwald ripening) 모델-즉, 큰 입자는 성장하고 작은 입자는 사라진다는 이론-과 반대로 수 나노미터 수준의 작은 입자들의 경우에 과포화 상태에서 작은 입자는 성장하고 큰 입자는 크기가 줄어들게 된다는 것을 최초로 증명했다. 뿐만 아니라 모든 크기의 나노입자가 성장하는 초포화상태의 존재도 최초로 입증했다. 이번 연구는 특정 크기로 입자의 크기가 절대적으로 수렴하는 '크기 수렴 현상(size-focusing)'을 설명하고, 나노입자가 특정 크기 주변으로 매우 균일한 크기 분포를 갖는 이유를 설명하는 최초의 정량적 이론으로 그 학문적 가치가 매우 높다. 한 세기 이상 사용되어 온 깁스-톰슨 방정식과 오스트발트 성숙 모델을 뒤집는 새로운 이론인 만큼, 심사 과정도 순탄치 않았다. 새로운 이론이 TEM 전자빔 조건 뿐 아니라 일반적인 합성 조건과 환경에서도 적용가능한지를 확인하기 위해 새로운 추가 실험과 해석이 요구됐다. 이에 대응해 연구팀은 새 이론이 총 6가지 시스템과 실험 조건에서 얻어진 다양한 실험 결과들을 모두 일관되게 정량적으로 설명하는 것을 보임으로써 높은 보편성과 신뢰성을 확보했다. 이론 교신저자인 성재영 교수는 "이번 연구를 통해 나노입자 형성과 성장 과정을 지배하는 원리를 규명해 물질과학분야 발전에 중요한 기여를 할 수 있게 된 것에 감사하다"며 "특히 충분한 액상 TEM 실험데이터를 세계 최초로 얻어 제공해 주고 2년 동안 지속적으로 찾아와 공동연구를 추진한 박정원 교수 그룹과 이번 공동연구를 처음 제안하시고 논문이 최종확정 될 때까지 모든 과정에서 중요한 역할을 해 주신 현택환 교수가 없었더라면 이번 성과는 없었을 것이다"고 말했다. 이번 연구성과는 향후 머신러닝(Machine Learning)과 결합해 나노입자의 성질들을 정량적으로 설계해 합성하는 기술로 확장될 수 있을 뿐 아니라 다양한 소재의 핵형성 및 성장 현상에도 응용이 가능하다. 또, 연구에서 제시된 이론은 아밀로이드 베타(amyloid beta), 타우 단백질(tau protein) 등 신경퇴행성 질환과 연관된 단백질 응집 현상의 미시적 메커니즘 분석에도 활용할 수 있어 향후 새로운 질병 치료 전략 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 고려대학교(총장 김동원)가 지난 5일 오후 3시 대구경북과학기술원(총장 이건우, 이하 DGIST)에서 상호 협력 및 학점교류를 위한 업무협약식(MOU)을 체결했다고 9일 밝혔다. 이번 협약은 양 대학의 공동 발전을 도모하고 포괄적 협력관계의 기반을 마련하기 위해 추진됐다. 양교는 ▲교육 혁신 및 인력 교류 △공동연구 및 연구 인프라 공유 ▲글로벌 연계 및 국제협력 촉진 ▲학점교류 추진 등 양 대학의 발전과 우호 증진을 위해 다양한 분야에서 긴밀히 협력해 나갈 계획이다. 특히, 학점교류 협약으로 양교 학생들은 상대 대학에서 수강한 교과목의 학점을 소속 대학에서 상호 인정받을 수 있게 됐다. 이에 따라 학생들의 학습 선택권이 확대되고, 보다 유연한 교육 환경이 조성될 것으로 기대된다. 김동원 고려대 총장은 "본 협약식은 양 대학이 비전을 공유하고 이를 실천하는 실질적 협력의 시작"이라며 "양교 간 지식의 연결과 인재의 순환은 우리 사회가 직면한 복합적 문제 해결에 크게 기여할 것"이라고 말했다. 이어 "개교 120주년을 맞은 고려대는 인공지능(AI)과 인간지능(HI)의 조화를 추구하는 'Next Intelligence'를 통해 지속가능한 미래를 설계해 나가겠다"고 밝혔다. 이건우 DGIST 총장은 "이번 협약은 양 대학이 보유한 교육 및 연구 자원을 적극적으로 공유하고, 미래 사회가 요구하는 융합형 인재 양성을 위한 협력의 출발점이 될 것"이라며 "DGIST는 앞으로도 다양한 대학 및 기관과의 협력을 통해 지속 가능한 사회 발전에 기여하는 교육·연구 생태계를 확장해 나가겠다"고 말했다. 한신대학교(총장 강성영) 국제교류원(원장 김민환)은 지난달 22일 경기캠퍼스 운동장에서 '외국인 유학생 체육대회'를 열었다고 9일 밝혔다. 2025학년도 1학기 외국인 유학생 문화 프로그램의 일환으로 열린 이날 행사는 다양한 국적의 유학생들이 스포츠 활동을 통한 소통과 화합을 위해 마련됐으며, 100여 명의 유학생이 참가 했다. 이날 행사는 한국어학당 봄학기 종강 성적 우수자 시상식 진행 후 체육대회 프로그램으로 ▲무궁화 꽃이 피었습니다 ▲후프 릴레이 ▲큰 공굴리기 ▲줄다리기 ▲말 반대로 행동하기 등이 이어졌다. 한신대 외국인 유학생회장인 부이 티 투 하(BUI THI THU HA, 디지털영상문화콘텐츠학과 21학번)학생은 "행사를 준비하는 동안 힘든 순간도 있었지만, 유학생 친구들이 웃으며, 즐기는 모습을 보며 보람을 느꼈다. 이번 행사를 통해 제 자신도 많이 성장할 수 있는 소중한 경험이었다"고 말했다. 김민환 국제교류원장은 "이번 체육대회를 통해 외국인 유학생들이 소중한 추억을 만든 시간이 됐길 바란다. 앞으로도 국제교류원은 유학생들이 학교생활에 더욱 즐겁고 활기차게 적응할 수 있록 다양한 프로그램을 꾸준히 마련해 나가겠다"고 전했다. 경희사이버대학교(총장 변창구) 호텔관광대학원 관광레저항공MBA는 지난달 15일부터 18일까지 일본 다카마쓰, 나오시마 등에서 해외관광지답사를 진행했다고 밝혔다. 이번 답사는 나오시마 예술섬 현장을 직접 확인하고, 현지에서 교수와 학생 간 심도 있는 토론 세미나를 진행하는 관광레저항공MBA 전공의 특성화된 온·오프라인 융합교육의 일환으로 마련됐다. 답사지역인 나오시마는 1917년부터 미쓰비시 제련소의 매연으로 인해 '잿빛 섬'이 됐으나, 마을 촌장 미야케 치카츠구와 기업가 베네세 홀딩스의 후쿠타케 테츠히코 사장, 그리고 건축가 안도 다다오(安藤忠雄), 쿠사마 야요이 등 세계적인 현대미술 작가들의 협업으로 예술섬으로 탈바꿈한 대표적인 성공사례 지역이다. 답사에 참가한 선정덕(석사 5기) 원생은 "온라인 수업으로 막연히 인식됐던 '문화예술로 지역을 살릴 수 있다'는 개념을, 일본 나오시마 섬에 펼쳐진 베네세 하우스, 지중미술관, 이우환 미술관, 쿠사마 야요이의 호박, 그리고 이에 프로젝트 현장답사를 통해 직접 확인했다. 현지 세미나에서 발표와 교수님의 강평을 통해 현장밀착형 학습을 경험할 수 있었다"고 소감을 전했다. 이번 행사를 총괄 진행한 관광레저항공MBA 윤병국 주임교수와 임근욱 호텔관광대학원장은 "예술섬 프로젝트는 정부 중심이 아닌 주민과 기업, 그리고 예술가들이 주도적으로 기획·추진한 사례로, 나오시마 부흥의 원동력을 확인할 수 있었다. 이번 답사는 관광지 벤치마킹 세미나 지역으로 최적의 장소였다"고 전했다. 인하대학교(총장 조명우)는 최근 GTEP 사업단이 폴란드 바르샤바에서 열린 '바르샤바 푸드 엑스포 2025'에 참석해 글로벌 업무 경험을 쌓았다고 밝혔다. 바르샤바 푸드 엑스포는 폴란드 최대 규모이자 동유럽을 대표하는 식품 산업 전문 전시회로 올해로 7회째를 맞았다. 전세계 391개 기업이 참가했으며, 40개국에서 약 1만5000명의 바이어·참관객이 방문했다. 인하대 GTEP 사업단은 국내 식품 중소기업 '동양식품'과 함께 한국의 대표적인 전통 건강 식품을 소개했다. 동양식품은 국내선 원재료로 만든 부각, 표고·목이버섯, 건강 음료 등을 선보여 웰빙과 클린 라벨을 중요시하는 유럽 소비자들의 눈길을 끌었다. 인하대 GTEP 소속 학생들은 부스를 운영하면서 시식, 제품 시연, 바이어 응대, 통역·시장 설명 등을 펼쳤다. 동양식품은 인하대 GTEP 학생들의 홍보에 힘입어 40여건의 바이어 상담을 진행하는 성과를 거뒀다. GTEP 사업은 산업통상자원부가 무역업계 요구에 맞춘 해외지역 특화 무역 인재를 양성하기 위해 지원하는 내용이다. 본교는 19년 연속 GTEP 사업에 참여하며 학생들에게 무역 산업 현장에서의 실무 경험을 제공하고 있다. 김웅희 인하대 GTEP 사업단장은 "이번 박람회는 학생들이 한국 식품 산업의 유럽 진출 가능성을 직접 확인하고, 실질적인 현지 반응을 체감한 뜻깊은 경험이었다"며 "앞으로도 국내 중소기업과 협력해 우리나라의 우수한 제품을 세계에 널리 알리는 데 앞장서겠다"고 말했다.
