(사진=스마트이미지 제공/자료사진)
국내 연구진이 상온에서 순수하게 압력만으로 얼음 결정을 구현하는 기술을 개발했다.
한국표준과학연구원은 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.
자연에서 관찰되는 얼음 결정 모양은 육각판, 기둥, 뿔 등 1만 가지 이상이다. 이를 임의로 조절할 수 있다면 온도에 의존해 만든 얼음의 단점을 극복할 수 있다.
가령 쇠고기 등을 대기압에서 영하 18도 이하로 냉동시키면 바늘처럼 뾰족한 육각형 얼음결정이 생겨 세포와 조직을 손상시킨다. 냉동실에서 꺼낸 고기의 육질과 맛이 냉장육에 비해 떨어지는 것은 이 때문이다.
하지만 고압으로 냉동시키면 뾰족하지 않은 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.
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.
연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 수행했다. 성과를 담은 논문은 지난달 미국 국립과학원회보(PNAS·Proceedings of National Academy of Sciences)에 게재됐다.