예술가의 도구를 떠올려 보세요. 물감과 캔버스 또는 끌과 돌이 떠오르시나요? 그렇다면 현미경으로 결정체를 이미지화하여 얻은 뜻밖의 예술 작품인 결정체 예술 광학현미경 사진을 보면 놀라실 겁니다. 이 작품은 현미경 렌즈를 통해 본 결정체의 아름다운 색상, 질감, 패턴을 보여줍니다.
위의 이미지를 보십시오. 처음 볼 때는 추상화처럼 보일 수 있습니다. 그러나 사실 이것은 굳은살 제거제로도 알려진 사마귀 치료용 국소 의약품의 결정체입니다. 현미경 슬라이드에서 이 물질이 결정화되는 과정 동안 생긴 예쁜 패턴을 볼 수 있습니다.
편광을 위해 개조된 현미경으로 촬영한 이 이미지가 Evident의 2022년 글로벌 올해의 이미지 상 재료 과학 및 엔지니어링 부문을 수상하여 기쁩니다! 여기에서 수상작에 대해 더 알아볼 수 있습니다. 이와 유사한 이미지를 획득하는 방법이 궁금하시다면 이 글을 계속 읽고 결정체 예술 광학현미경 사진을 시작하는 방법에 대한 조언을 확인해 보세요.
2022년 Evident 글로벌 올해의 이미지 콘테스트 재료 과학 부문 상을 들고 있는 Shyam Rathod.
결정체의 숨겨진 세상에 편광 비추기
결정체 예술 광학현미경 사진을 촬영하려면 현미경 슬라이드에 놓을 결정체의 얇은 층을 만드는 혁신적 기법과 편광 현미경을 사용해야 합니다. 현미경 슬라이드에서 대물렌즈 배율에 따라 크기가 약 1 x 1mm 이하인 최적의 영역이 이미지화됩니다.
결정화 과정 동안 아름다운 패턴이 나타나는 바로 그 순간에 카메라 셔터를 누르는 타이밍도 중요합니다. 결정체가 형성될 때마다 다른 형태, 질감, 패턴이 나타나므로 똑같은 이미지를 다시 얻을 수 없기 때문에 모든 이미지는 서로 다른 아름다움을 가집니다.
지금 바다를 보고 있는 걸까요? 사실 이 이미지는 인공 감미료인 녹은 에리스리톨입니다. 녹는 과정에서 공기 방울이 결정체 안에 갇혀 결정체
내부에 구멍을 형성합니다. 이미지 제공: Shyam Rathod.
편광으로 결정체를 관찰해야 하는 6가지 이유
아름답고 다채로운 결정체 이미지를 얻기 위해 갖춰야 하는 중요한 장비 중 하나가 편광 현미경입니다. 그럼 그 뒤에 숨겨진 과학과 예술에 대해 알아보겠습니다. 여러 가지 주요 이유로 편광 현미경은 결정체 관찰에 필수적인 도구입니다.
1. 복굴절 감지
많은 결정체가 복굴절을 보입니다. 복굴절은 결정체가 빛을 다른 속도로 이동하는 두 개의 광선으로 나누어 두 개의 이미지가 생기는 현상을 말합니다. 편광 필터를 사용하는 편광 현미경은 이러한 현상을 감지하고 분석하기 위한 것입니다.
2. 대비 향상
편광은 결정체와 배경 사이의 대비를 향상하므로 결정체 안의 세부 사항과 구조를 더 쉽게 관찰할 수 있습니다. 편광은 투명하거나 반투명한 결정체에 특히 유용합니다.
일반 조명(왼쪽) 아래의 미세 결정체와 편광(오른쪽) 아래의 미세 결정체 이미지. 이미지 제공: Shyam Rathod.
3. 광학적 특성 분석
편광을 사용하면 굴절률과 광학적 방향과 같은 결정체의 광학적 특성을 세부적으로 살펴볼 수 있습니다. 이러한 정보는 다양한 유형의 결정체를 식별하고 그 특성을 파악하는 데 매우 중요합니다.
4. 응력 분석
재료 과학에서 편광 현미경은 결정체 내의 응력 패턴을 관찰하는 데 도움을 줍니다. 응력 패턴 관찰은 재료의 내부 응력 이해가 필수적인 광물학 및 재료 엔지니어링과 같은 분야에서 특히 중요합니다.
5. 간섭 색 관찰
편광을 사용하면 일부 결정체는 간섭 효과로 인한 독특한 색을 보여줍니다. 이를 활용하여 특정 광물을 식별하거나 결정체 구조에 대한 이해를 높일 수 있습니다.
6. 광물 식별
지질학과 광물학에서 편광 현미경은 광물을 식별하기 위한 표준 도구입니다. 편광 아래에서 뚜렷이 구분되는 광학적 특성을 보여주는 광물이 많기 때문에 식별에 도움이 됩니다.
위에서 설명한 대로, 편광 현미경은 결정체 연구에서 매우 가치 있는 도구이며, 가시성을 향상하고 광학적 특성의 세부적인 분석을 지원하며 결정체 재료의 내부 구조와 응력 패턴에 대한 고유하고 유용한 정보를 제공합니다.
이러한 모든 장점 때문에 편광 현미경은 결정체 예술 광학현미경 사진을 위한 탁월한 도구가 됩니다. 편광 현미경을 보유하지 않은 경우에도 아래
설명에 따라 직접 이미징 시스템을 설정할 수 있습니다.
미세 결정체의 다채로운 이미지 촬영에 필요한 장비
권장 시스템 설정은 다음과 같습니다.
1. 편광 현미경
전용 편광 현미경이 좋겠지만, 저는 삼안 현미경을 편광 현미경으로 만들었습니다. 이를 위해 크기에 맞게 절단된 두 개의 편광 필터를 광학 경로에 삽입했습니다. 필터 하나는 헤드 아래에, 다른 하나는 집광기 아래에 삽입했습니다..
또한 저는 저예산 셀로판지(리타더)를 사용하여 색상을 내기도 합니다. 리타더를 회전시키면 패턴에서 다양한 색상이 구현됩니다. CD 커버와 같이 얇은 비닐을 사용하거나 다른 종류의 비닐로 실험하여 리타더를 만들 수 있습니다. 미카 시트를 사용하는 사람들도 있지만 값싼 비닐을 사용해도 효과가 좋습니다.
보드카에 용해된 베타알라닌 및 L-글루타민. 이 이미지는 다른 각도로 회전된 동일한 슬라이드에서 패턴에 다양한 색상이 나타나는 것을 보여줍니다. 이미지 제공: Shyam Rathod.
2. 이미징 시스템
디지털 현미경 카메라는 소프트웨어로 제어하여 USB 케이블을 통해 노트북에 연결할 수 있습니다. 저는 카메라 확인, 편집, 제어를 위해 데스크탑 이미징 애플리케이션을 사용합니다. 기계식 커플러가 카메라를 현미경 헤드에 연결합니다. 설정을 위해 저는 3D 프린터로 DIY 커플러를 설계하고 제작했습니다. 현미경에 내장된 광원(LED 백색광 또는 DIY 플래시 권장)과 같은 주 광원이 필요합니다.
카메라를 현미경 헤드에 연결하기 위한 3D 프린트 커플러 이미지 제공: Shyam Rathod.
3. 순수 화학 물질
한 가지 화학 물질(또는 여러 화학 물질을 조합)을 사용하여 두 가지 방식으로 미세 결정체를 얻을 수 있습니다. 즉, 용액에 화학 물질을 녹이거나 온도 제어 히터에서 화학 물질의 가루를 녹여서 미세 결정체를 얻을 수 있습니다.
이 두 방법을 간략히 설명해 드리겠습니다.
- 가열 후 냉각을 통해 순수 화학 물질을 직접 녹입니다. Peter Juzak(독일)의 융해 방법을 참조하세요. 제가 결정체 융해에 사용하는 화학 물질로는 요소, 파라세타몰, 황, 아세트산암모늄. 카페인, 멘톨, 이노시톨 등이 있습니다.
- 물 또는 알코올로 화학 물질을 용해시킵니다. Loes Modderman(네덜란드)의 용해, 가열, 냉각 방법을 참조하세요. 대부분의 화학 물질은 수돗물에서 용해되므로 사용할 수 있는 화학 물질은 매우 많습니다. 용제로 물 대신 보드카나 에탄올을 사용해 봐도 됩니다.
다양한 화학 물질을 조합하거나 화학 물질의 비율을 조정하여 다양한 패턴을 만들 수 있으므로 창의성을 발휘해 보세요! 화학 물질과 더불어 이미징 프로세스 동안 물질을 담을 현미경 슬라이드와 커버슬립이 필요합니다. 결정체를 납작하게 만들어 새 패턴을 만들기 위해 커버슬립을 사용할 수 있습니다.
이것은 물감을 튕겨 그린 그림이 아닙니다! 이 이미지는 현미경으로 촬영한 녹은 황을 보여줍니다. 이 물질을 녹여 커버슬립을 누를 때마다 슬라이드 아래의 결정체의 두께가 줄어들고, 더 아름다운 패턴과 색상이 나타납니다. 이미지 제공: Shyam Rathod.
이것은 사막의 모래 언덕 그림처럼 보일지 모르지만, 사실은 보드카에 용해된 베타알라닌 및 L-글루타민(BA-LG) 미세 결정체입니다. 이미지 제공: Shyam Rathod.
4. 온도 제어 기능이 있는 히터
화학 물질을 과열하거나 화학 물질이 끓거나 증발하거나 타지 않도록 하려면 원하는 온도에서 화학 물질이 있는 슬라이드를 가열하는 것이 중요합니다. 또한, 화학 물질의 녹는점은 저마다 다릅니다. 저는 온도 범위가 50°C~300°C 또는 122°F~572°F인 히터를 갖고 있습니다.
결정체 예술 광학현미경 사진에 사용된 화학 물질 융해를 위한 온도 제어 히터. 이미지 제공: Shyam Rathod.
결정체로 현미경 작품을 만드는 데 유용한 추가적인 조언
저는 항상 다른 세상을 보는 최적의 방법은 거시 화학이 아니라 미시 화학을 보는 것이라고 생각합니다. 미시 세계에 숨겨진 예술을 발견하기 위한
모험을 떠나고 싶으시면 결정체 예술 광학현미경 사진을 시도해 보세요! 도움이 필요하면 Facebook에서 Loes Modderman이 만든 Crystal Art
Photomicrography(결정체 예술 광학현미경 사진) 그룹에 가입하세요. 이 그룹의 동료 현미경학자로부터 이 희귀 예술에 대해 배울 수 있을 것입니다. 어쩌면 이
그룹을 통해 영감을 받아 자신만의 예술 작품을 창작할 수 있을지도 모릅니다.
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