써모 피셔 사이언티픽 코리아(주)는 이번 세미나에서 결정성 물질의 구조와 상(Phase)을 분석하는 대표적인 재료 분석 기법인 X선 회절(X-ray Diffraction, XRD)의 기본 원리와 주요 응용 분야를 소개하였다.
XRD는 배터리, 반도체, 세라믹, 금속, 제약 등 다양한 산업에서 소재 개발과 품질관리의 핵심 분석 기술로 활용되고 있으며, 최근에는 연구개발뿐 아니라 생산 공정에서도 그 활용 범위가 확대되고 있다.
[그림 1]. ARL™ X’TRA Companion X-ray Diffractometer
1. XRD의 기본 원리
XRD는 결정면에서 회절되는 X선의 패턴을 분석하여 물질의 결정 구조와 상을 식별하는 기술이다. 회절은 브래그 법칙(Bragg's Law)에 따라 특정 각도에서 발생하며, 측정된 회절 패턴은 물질마다 고유한 특성을 나타낸다.
이를 통해 상 분석은 물론 결정화도, 결정립 크기, 격자 변형 등을 평가할 수 있으며, 데이터베이스 검색과 Rietveld 정량 분석을 이용해 복합 시료의 상 조성 분석도 가능하다.
2. 주요 응용 분야
XRD는 결정 구조와 상 분석을 기반으로 배터리, 반도체, 세라믹, 금속, 제약, 광물 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 특히 소재 개발 과정의 특성 평가뿐 아니라 생산 공정의 품질관리와 불량 원인 분석에도 널리 적용되고 있으며, 최근에는 자동화된 데이터 분석 기능을 통해 더욱 신속하고 재현성 있는 결과를 제공하고 있다.
3. 실제 분석 사례
세미나에서는 Thermo Scientific ARL™ X'TRA Companion을 활용한 실제 분석 사례를 소개하였다.
첫 번째 사례로 배터리 양극재 소재의 회절 패턴을 측정하여 상(Phase) 식별 과정을 시연하였다. 측정된 회절 패턴을 기준 데이터와 비교하여 시료를 구성하는 결정상을 확인하고, 필요한 경우 Rietveld 정량 분석을 통해 각 상의 함량을 평가할 수 있음을 소개하였다.
해당 사례에서는 가장 일반적인 양극재 소재인 NCM 811 규격 시료를 분석하였으며, 복합 결정상 시료에 대한 분석능을 확인할 수 있었다.
[그림 2]. 분석사례 1_ LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂의 측정 결과(측정 시간: 10분)
또한 GIXRD 액세서리 장착을 통해 박막 시료에 코팅된 금속층에 대한 결정상 구성을 확인할 수 있으며, 이 분석 결과를 기반으로 금속층의 두께 측정 결과도 도출할 수 있다.
이러한 분석은 연구개발 과정뿐 아니라 생산 공정의 품질관리와 공정 이상 원인 분석에도 효과적으로 활용될 수 있음을 설명하였다.
[그림 3]. 분석사례 2_ Si 웨이퍼 위에 증착된 h-BN의 XRD 패턴(입사각 1.0°, 측정 시간 40분, Soller 슬릿 미사용). h-BN 층 두께 50 nm는 분홍색, 130 nm는 파란색으로 표시하였으며, 갈색은 h-BN의 이론적 피크 위치를 나타낸다.
이번 세미나에서 소개한 ARL X'TRA Companion은 컴팩트한 벤치탑 XRD 시스템으로, 고감도 검출기와 직관적인 소프트웨어를 기반으로 신속한 상 분석과 정량 분석을 지원하여 연구기관은 물론 산업 현장의 일상적인 품질관리에도 적합한 솔루션이다.
4. 맺음말
이번 세미나는 XRD의 기본 원리와 다양한 산업 분야에서의 활용 사례를 소개하고, 최신 벤치탑 XRD 시스템을 통한 효율적인 분석 환경을 공유하는 자리였다. 고기능성 소재 개발이 활발해짐에 따라 결정 구조와 상 분석의 중요성은 더욱 커지고 있으며, XRD는 연구개발과 품질관리 분야에서 핵심적인 분석 기술로 활용될 것으로 기대된다.
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| <2026 KOREA LAB 신기술·우수제품 발표 세미나 현장 사진>
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‘XRD(X선 회절 분석기)의 기본 원리 및 응용 소개’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 써모 피셔 사이언티픽 코리아(주)를 통하여 확인 가능하다.
Reference(참고문헌): 1. Performance criteria and structure refinement of LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂(NMC 811) / Author Dr. Simon Welzmiller, Application Specialist XRD
2. Analysis of ITO and h-BN thin films using GIXRD on ARL X’TRA Companion X-ray Diffractometer / Author Dr. Simon Welzmiller, Application Specialist XRD
Model Name(모델명): ARL X’TRA Companion X-ray Diffractometer
The Person in Charge(담당자): Min-kyu.Cho
Maker(제조사): Thermo Fisher Scientific(Ecublens) SARL
Country of Origin(원산지): Czech
e-mail: minkyu.cho@thermofisher.com
Data Services(자료제공): 써모 피셔 사이언티픽 코리아(주)
<이 기사는 사이언스21 매거진 2026년 10월호에 게재 되었습니다.>
[그림 1]. ARL™ X’TRA Companion X-ray Diffractometer1. XRD의 기본 원리XRD는 결정면에서 회절되는 X선의 패턴을 분석하여 물질의 결정 구조와 상을 식별하는 기술이다. 회절은 브래그 법칙(Bragg's Law)에 따라 특정 각도에서 발생하며, 측정된 회절 패턴은 물질마다 고유한 특성을 나타낸다.이를 통해 상 분석은 물론 결정화도, 결정립 크기, 격자 변형 등을 평가할 수 있으며, 데이터베이스 검색과 Rietveld 정량 분석을 이용해 복합 시료의 상 조성 분석도 가능하다.2. 주요 응용 분야XRD는 결정 구조와 상 분석을 기반으로 배터리, 반도체, 세라믹, 금속, 제약, 광물 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 특히 소재 개발 과정의 특성 평가뿐 아니라 생산 공정의 품질관리와 불량 원인 분석에도 널리 적용되고 있으며, 최근에는 자동화된 데이터 분석 기능을 통해 더욱 신속하고 재현성 있는 결과를 제공하고 있다.3. 실제 분석 사례세미나에서는 Thermo Scientific ARL™ X'TRA Companion을 활용한 실제 분석 사례를 소개하였다.첫 번째 사례로 배터리 양극재 소재의 회절 패턴을 측정하여 상(Phase) 식별 과정을 시연하였다. 측정된 회절 패턴을 기준 데이터와 비교하여 시료를 구성하는 결정상을 확인하고, 필요한 경우 Rietveld 정량 분석을 통해 각 상의 함량을 평가할 수 있음을 소개하였다.해당 사례에서는 가장 일반적인 양극재 소재인 NCM 811 규격 시료를 분석하였으며, 복합 결정상 시료에 대한 분석능을 확인할 수 있었다.
[그림 2]. 분석사례 1_ LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂의 측정 결과(측정 시간: 10분)또한 GIXRD 액세서리 장착을 통해 박막 시료에 코팅된 금속층에 대한 결정상 구성을 확인할 수 있으며, 이 분석 결과를 기반으로 금속층의 두께 측정 결과도 도출할 수 있다.이러한 분석은 연구개발 과정뿐 아니라 생산 공정의 품질관리와 공정 이상 원인 분석에도 효과적으로 활용될 수 있음을 설명하였다.
[그림 3]. 분석사례 2_ Si 웨이퍼 위에 증착된 h-BN의 XRD 패턴(입사각 1.0°, 측정 시간 40분, Soller 슬릿 미사용). h-BN 층 두께 50 nm는 분홍색, 130 nm는 파란색으로 표시하였으며, 갈색은 h-BN의 이론적 피크 위치를 나타낸다.이번 세미나에서 소개한 ARL X'TRA Companion은 컴팩트한 벤치탑 XRD 시스템으로, 고감도 검출기와 직관적인 소프트웨어를 기반으로 신속한 상 분석과 정량 분석을 지원하여 연구기관은 물론 산업 현장의 일상적인 품질관리에도 적합한 솔루션이다.4. 맺음말이번 세미나는 XRD의 기본 원리와 다양한 산업 분야에서의 활용 사례를 소개하고, 최신 벤치탑 XRD 시스템을 통한 효율적인 분석 환경을 공유하는 자리였다. 고기능성 소재 개발이 활발해짐에 따라 결정 구조와 상 분석의 중요성은 더욱 커지고 있으며, XRD는 연구개발과 품질관리 분야에서 핵심적인 분석 기술로 활용될 것으로 기대된다.