Rigoberto Advincula 박사가 석유 & 가스 산업 분야에 응용되는 나노스케일 특성 분석과 중합체 및 화학 물질 연구에 대하여 이야기합니다.

Rigoberto Advincula 박사 인터뷰
케이스 웨스턴 대학교 고분자 과학공학과 교수 및 PETRO 케이스 컨소시엄 디렉터

Rigoberto Advincula 박사는 케이스 웨스턴 대학교 학부학과장 및 대학원 학과장을 역임하고 있는 고분자 과학공학과 교수이다. 그리고 석유-가스 분야 중합체 컨소시엄인 PETRO 케이스의 디렉터를 맡고 있다.
그는 중합체 화학 부문(ACS)의 부회장이며 필리핀 아메리칸 과학 기술원 (PAASE) 원장이자 PhilDev재단 이사장이다.

그는 반응성 및 기능성 중합체 학술지 편집장 및 중합체 리뷰스 학술지 부편집장이다. 그는 지금까지 416편 이상의 논문을 발표했고 (H 지수 = 42), 11건의 특허를 출원하였으며 560회 이상 강의와 세미나를 개최했다. 그의 관심 연구 분야는 중합체, 나노과학, 고분자, 유기 재료, 하이브리드 재료, 초박막 필름, 석유 및 가스 분야의 중합체와 첨가제 그리고 부식이다: (1) 표면과 계면에서 정렬가능한 새로운 기능성 나노재료의 합성 (2) 정렬 및 현상를 이해하기 위한 표면 감응 분광, 현미경, 광학 그리고 전기 화학 분석 기술의 적용 (3) 초박막 필름과 입자를 기기와 센서에 응용 (4) 생명공학 (5) 유체와 코팅제에 사용되는 고성능 중합체와 첨가제 그리고 (6) 지속 가능성 공학. 그의 연구는 국립과학재단 (NSF) 웰치 재단 그리고 다수의 산업분야 연구 기금으로부터 대부분의 연구비를 지원받아 수행하였다. 그는 막스 플랑크 중합체 연구소, 오스트리아 기술 연구소, 와세다 대학교, 맥길 대학교, 도쿄 농업 기술 대학교 그리고 국립 싱가포르 대학교에 객원 교수 이력을 가지고 있다.

그는 또한 과학과 공학으로 진로를 정한 학생들에게 열정적으로 교육을 하고 있다. 지금까지 26명 이상의 박사과정 학생과 50명 이상의 학부 학생 그리고 40명 이상의 고등학생을 교육했다. 그들 중 많은 수는 성공적인 교수, 연구 개발 관리자, 박사 과정 학생이 되었고 다수의 학생들은 그의 그룹에서 교육받는 동안 여러 전국 학회 발표에서 수상을 하였다.

Rigoberto Advincula박사(PETRO 케이스 컨소시엄 디렉터)는 산업계 전반에서 석유-가스 산업 분야에 사용되는 중합체와 재료에 관한 전문가로 인정받고 있다. 그는 현재 케이스 웨스턴 대학교 고분자 과학공학과 교수로 재직 중이고 미국 화학회 펠로우, 고분자 부문 허먼 마크 스칼라 상 그리고 훔볼트 펠로우와 같은 여러 상을 수여받았다.

석유&가스 산업분야에 원자현미경이 기존 방법들을 개선하고 자동화하는데 어떤 도움이 됩니까?

원자현미경은 기존의 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM) 그리고 광학 현미경이 가지고 있지 않은 표면력 및 표면 분석 기능과 같은 다양한 기능을 갖추고 있어서 표면 프로브 현미경 (SPM)으로 사용될 수 있습니다. 그리고 샘플 준비가 훨씬 간편하고 적절한 모드(멀티모드)를 선택하여 습윤, 자성, 마찰, 정전기 반응 등에 각각 초점을 맞춘 실험을 수행할 수 있는데 이런 물성은 다른 광학 현미경 기술에서는 탐색하기가 쉽지 않습니다.

원자현미경과 나노기술의 적용으로 석유 & 가스 제조공정에서 눈에 뛰게 개선된 점이 있습니까? 어떤 것들이 얼마나 개선되었습니까?

현재 원자현미경은 석유 & 가스 분야에 관해 여전히 학계에서 주로 사용되고 있는데 반도체 산업에서 사용되고 있는 것처럼 많이 사용되고 있지는 않습니다. 석유 & 가스 산업의 제조에서 전형적으로 중요시되는 제품들은 코팅, 프로판트, 유체, 완성 도구, 탄성 중합체 등과 같은 것입니다. 원자현미경은 우선 이런 제품들의 표면 특성을 이해하는 데 유용할 수 있고 또한 고장 분석에 많이 사용될 수 있는데 API, NACE, ISO등과 같은 기존의 업계 표준 검사로 측정되는 거시적 물성에 대해서 나노범위부터 미시적 범위까지의 현상을 탐색하는 것을 가능하게 해주는 진정한 나노스케일 기술이라고 볼 수 있습니다. 이는 구조-물성의 관계를 더 넓은 범위에서 이해할 수 있게 된다는 것을 의미합니다.

원자현미경을 사용하여 콜로이드 표면의 현상을 이해하여 고장을 예측하는 것이 얼마나 큰 장점이 있는지 좀 더 자세히 설명해 주시겠습니까?

편평 표면과 콜로이드 표면을 연구 대상으로 포함하고 있는 표면 및 계면 과학에서 표면 프로브 현미경(SPM) 기술은 매우 중요한 위치를 차지하고 있는데 이 기술을 이용하여 습윤, 전단, 정전기 충전, 형태 변경과 이방성 변화에 민감한 표면력을 탐색해 볼 수 있습니다. 전형적인 고장분석에서 이는 종종 "전후" 실험 또는 현장 외(ex-situ)에 해당합니다. 하지만 원자현미경은 온도 스테이지 또는 자기장 이용하여 고장을 현장 내(in-situ) 또는 실시간으로 측정하는 것을 가능하게 해줍니다. 게다가 원자현미경은 특정 필드 또는 샘플 스팟을 조사하기 위해 나노인덴터(diamond) 또는 심지어 분광 기기(Raman)와 함께 사용할 수 있습니다. 콜로이달 표면은 건조하거나 편평하게 눌러서 만든 샘플 형상에서 접근 가능합니다.

재료에서 고장 분석은 무엇을 의미하는지 그리고 석유&오일 분야에서 나노스케일 수준의 분석을 제공할 수 있는 기능이 왜 도움이 되는지 설명해 주시겠습니까?

고장이란 나노범위 수준에서 출발하여 미시적 범위 수준까지 발생하는 일련의 사건입니다. 석유&가스 분야에서는 고온, 고압 그리고 부식성 염수 조건을 열역학과 동역학적 관점에서 연구해 볼 수 있습니다. 나도범위 수준에서 고장은 일련의 결합-파괴 사건 또는 필드가 만들어내는 이방성이나 결정도의 변화와 관련되어 있을 수 있습니다. 이것이 의미하는 바는 최우선의 원리 설명이 나노스케일 수준에서의 화학적 반응 혹은 물리적 탈착 또는 박리에 기반한다는 것입니다. 같은 설명이 침적에도 적용될 수 있습니다(스케일링과 기타 석유화학 또는 미생물 오염에서처럼).

현재 석유&가스 산업 분야는 제품 생산 과정에서 원자현미경을 여러 부문에 사용하여 최대의 생산 효율성을 확보하고, 화학적 계면의 최적 성능을 확립하기 위해 나노기술에 큰 기대를 걸고 있습니다. 원자현미경이 석유&가스 생산의 효율성을 어떻게 높여주는지 설명해 주시겠습니까?

원자현미경은 고장 또는 밀접한 구조-물성의 상관관계를 밝히고 이해하는 데 도움을 주고 있습니다. 이를 통해 기본 원리를 이해하거나 1차와 2차 전이 및 상분리를 구별함으로써 재료 혹은 유체의 합성 또는 제형을 설계하는데 향상시켜 주며 제품의 성능은 그 설계에서 가장 취약한 부분 혹은 링크(속도 결정 단계)를 어떻게 제어하는 지에 따라 결정되게 됩니다.

원자현미경을 이용한 특성 분석이 기존의 오래된 검사 방법을 어떤 방식으로 개선했는지 그리고 어떻게 생산 수율 향상, 비용 절감, 공정 자동화에 공헌했는지 좀 더 자세히 설명해 주시겠습니까? 그리고 이를 통한 이점은 무엇입니까?

원자현미경은 업계에서 보통 사용되는 장비의 관점에서 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM) 및 광학현미경과 비교되어야 합니다. 앞에서 언급한 것처럼 원자현미경은 단순한 이미징 기술이 아니라 보다 실험적인 설계를 프로브로 탐색하는 현장 내(in-situ) 그리고 상호작용 기술입니다. 어떤 경우 원자현미경은 2-4가지 부가적인 분석기술을 요구하는 많은 문제에 단독으로 해답을 줄 수 있습니다. 그렇지 않은 경우에도 다른 현미경 방법으로 얻게 되는 결과를 보완하는 자료를 얻을 수 있게 해 주는데 이 부문에서는 업계의 기존 거시 영역 표준 검사 방법과 짝지어지거나 보강될 수 있는 다른 여러가지 모드(비접촉, 위상 이미징, 정전기력, 마찰력, 자기 교류 등)을 마음껏 탐색해 볼수 있습니다.

석유&가스 업계의 나노기술과 원자현미경 검사 분야에서 가까운 미래에 어떤 개선사항들이 있을지 또한 이를 통해 생산공정이 현저히 향상/개선될 수 있는지 말씀해 주시겠습니까?

미래 개선사항으로는 아마도 대용량 고장 분석 또는 대용량 신재료 검사에 원자현미경을 사용하는것을 들 수 있겠습니다. 다른 한편으로는 원자현미경을 분광학, 자기장, 전기화학 등과 같은 분야의 다른 실험들과 더욱 심도있게 연계하는 것을 생각해 볼 수 있습니다. 원자현미경은 다른 분광학 장비나 현미경 장비로 부터 얻는 결과를 완벽하게 보완해 줄 다른 종류의 분석 자료를 제공해 줄 수 있어서 아마도 점진적으로 더 많은 과학자와 공학자가 일상적으로 사용하는 분석 도구가 될 것입니다.