한국표준과학연구원 "바이오·항공우주 분야에서 활용 가능"

동적 고압을 형성할 수 있는 '다이아몬드 앤빌 셀'[한국표준과학연구원 제공]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국표준과학연구원(표준연)은 융합물성측정센터 극한연구팀이 물을 1만 기압 이상 압축하는 방식으로 얼음을 만드는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

일반적으로 자연에서 관찰되는 얼음은 영하의 온도 조건이 있어야 한다.

액체가 고체로 바뀌는 응고 현상은 온도뿐만 아니라 압력에도 영향을 받는다.

압력만으로 얼음을 얻으려면 대기압 1만 배 이상인 ㎬(기가파스칼) 정도의 초고압이 있어야 한다.

학계에서는 얼음 결정을 온도가 아닌 압력으로 제어할 수 있다면 기존 얼음의 한계를 뛰어넘을 수 있을 것으로 보고 있다.

얼음 결정 성장 형상 변화를 관찰한 이미지[한국표준과학연구원 제공]

예컨대 식품의 경우 일반 대기압에서 육류를 얼리면 바늘처럼 뾰족한 육각형 얼음 결정이 발생해 세포와 조직을 손상한다. 냉동실에서 꺼낸 고기의 육질과 맛이 떨어지는 건 이런 이유에서다.

이와는 달리 고압에서 냉동하면 다른 형태의 얼음 결정이 생겨 육질을 보호할 수 있다.

표준연 이윤희·이수형·이근우 책임연구원은 1초당 대기압 500만 배까지 압력을 가할 수 있는 '실시간 동적 다이아몬드 앤빌 셀'(anvil cell) 장치를 개발했다.

이를 통해 상온에서 물을 압축해 고압 얼음을 만들었다.

얼음 성장 과정을 살피는 이윤희(오른쪽)·이근우 연구원[한국표준과학연구원 제공]

동적인 압력 조작을 통해 3차원 팔면체 얼음을 2차원 날개 모양으로 바꾸기까지 했다.

온도에 구애받지 않고 얼음 크기와 형태를 인위적으로 조절할 수 있게 된 셈이다.

물질 압력·부피·영상·분자 구조 정보까지 동시에 측정할 수 있는 독자적인 기술이라고 표준연은 설명했다.

이윤희 책임연구원은 "고압 냉동기술을 활용하면 식품 맛과 신선도를 유지하는 새로운 형태의 얼음 결정과 냉동공정을 만들 수 있다"며 "다양한 얼음 결정 구조에 활용할 수 있는 만큼 바이오·항공우주 등 응용 분야는 무궁무진할 것"이라고 말했다.

연구팀은 마리아나 해구 같은 고압 저온 심해나 화성 등 극한 환경에서 물·얼음 형태를 예측할 수 있는 수단이 될 수도 있을 것으로 전망했다.

레이저 정렬 작업 중인 이윤희 책임연구원[한국표준과학연구원 제공]

연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 수행했다.

성과를 담은 논문은 지난달 미국 국립과학원회보(PNAS·Proceedings of National Academy of Sciences)에 실렸다.

walden@yna.co.kr

[경제] 영하 아닌 상온에서도 얼음 만든다…고압으로 제어