□ 서울대 화학생물공학부 박정원 교수-중앙대 화학과 성재영 교수 공동 연구팀이 실시간 액상 투과전자현미경을 통해 수 나노미터 이하의 크기를 가지는 초미세 나노입자의 액체 속 비정규적인 열운동과 이를 통해 단일 단계 이상의 과정을 거쳐 일어나는 나노입자 간 응집현상을 세계 최초로 규명했다.
□ 마이크로미터 수준 혹은 그 이상의 크기를 가지는 입자들의 균일한 액체 내 운동과 응집 반응은 아인슈타인을 위시한 브라운 운동 이론과 고전 화학 반응 속도론으로 잘 설명할 수 있지만, 수 나노미터 혹은 그보다 작은 크기의 초미세 나노입자들의 액체 내 운동과 응집 반응 양상도 설명할 수 있는지에 대해서는 그동안 미지의 영역이었다. 광학현미경으로는 수 나노미터 크기에 달하는 초미세 나노입자를 관찰하기 어렵고, 통상적인 전자현미경으로는 초미세 나노입자를 관찰할 수 있었지만 액상 환경에서의 초미세 나노입자의 동적 현상을 관찰하는 것은 여전히 어려운 문제로 남아있었다.
□ 공동 연구팀은 그래핀 액체 용기를 사용한 실시간 투과전자현미경을 이용하여 통계적 해석이 가능할 정도로 많은 초미세 나노입자들의 운동과 응집 반응을 관찰하는데 성공했고, 기존 이론들로는 설명되지 않는 이 실험결과들을 정량적으로 설명하는 새로운 모델과 이론을 제시하였다. 특히, 전자현미경의 공간분해능 이하에서 일어나는 나노입자의 운동 양상까지도 정확하게 추출 및 해석할 수 있는 방법이 마련되었다. 나노입자 사이에 일어나는 응집반응은 나노입자를 둘러싸고 있는 리간드 분자들로 인해 두 단계에 걸쳐 일어난다는 점도 밝혀냈는데 새롭게 개발된 나노입자 반응속도론이 실험결과를 잘 설명할 수 있음을 통해 검증할 수 있었다.  
□ 이 연구에서 제시하는 새로운 연구 방법론은 광학현미경으로는 연구하기 어려운 초미세 나노입자 시스템의 액체상 운동과 화학반응 동력학을 액체상 투과전자현미경을 비롯한 초고해상도 현미경 기법을 이용하여 관찰하고 이해할 때 널리 쓰일 것으로 기대된다. 아울러 나노 구속환경이 수용액 시스템에 야기하는 물성 및 화학적 성질 변화에 대한 연구들도 촉발시킬 것으로 기대된다.
□ 과학기술정보통신부(또는 교육부)와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자 지원사업, 중견연구자 지원사업, 원천기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 융합과학 분야 국제학술지 가운데 하나인‘사이언스 어드밴시스 (Science Advances)’에 2021년 12월 03일 게재되었다.