[신소재공학] x선회절, 분광광도계

1. X선회절의 원리

X선회절은 결정 구조를 분석하는 데 매우 효과적인 기법이며, 구체적으로는 결정 내부의 원자 배열에 의해 X선이 산란되는 현상을 이용한다. 이 현상은 결정 내 원자들이 배열된 패턴과 공간 배열에 따라 특정 방향으로만 X선이 강하게 산란하는 특징이 있다. X선이 결정에 입사될 때, 원자 간 거리와 배열에 따라 산란 방향이 결정되며, 이때 Bragg의 법칙이 중요한 역할을 한다. 즉, 2d sinθ = nλ라는 수식을 통해 결정면 간 거리(d), 입사각(θ), 파장(λ)과 산란 차수(n)를 연관 짓는다. 실험에서는 X선의 파장인 1.54 A(암스트롬)를 사용하여 결정 구조를 분석하는데, 예를 들어, 단백질 결정의 구조 해석에서는 수십 마이크로미터 크기 결정으로부터 얻은 X선 회절 패턴을 분석하여 그 구조를 3차원으로 재구성한다. 통계자료에 따르면 2020년 기준으로 X선회절을 이용한 결정 구조 해석 기술은 생명과학 분야에서 85% 이상이 활용되고 있으며, 약 300여 종 이상의 미지의 바이오분자 구조가 밝혀졌다. 이는 신약 개발이나 신소재 연구에서 매우 중요한 역할을 담당하는데, 신소재 개발의 경우 새로운 합금 또는 복합재의 결정 구조를 분석하여 …