원병묵·제정호 교수팀
전자인쇄 등 정밀전자 공정 효율 제고 도움될 듯
포스텍 원병묵·제정호 교수팀이 물방울이 떨어지면서 공기방울을 형성하는 원리를 밝혀냈다.
하늘에서 내리는 빗방울, 수도꼭지에서 떨어지는 물방울 등 우리가 흔히 접하는 물방울은 표면으로 떨어지는 아주 짧은 찰나에 물방울 속에 아주 작은 공기방울을 만든다. 나노크기처럼 눈에는 보이지 않는 작은 불순물이나 공기방울에도 크게 영향을 받는 첨단 반도체 분야의 오랜 수수깨끼인 `물방울은 왜 이런 공기방울을 만드는 것일까`라는 질문에 대한 답이 포스텍 연구팀에 의해 풀렸다.
포스텍 신소재공학과 박사과정 이지산·원병묵 연구교수·제정호 교수팀은 물방울이 표면에 떨어지는 순간을 초고속 X-선 현미경으로 관찰, 물방울 속에 작은 공기방울이 형성되는 원리를 규명한 결과를 물리학 저명 학술지인 `피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)` 최신호를 통해 발표했다.
연구팀은 물방울이 표면에 떨어지는 순간 공기가 물방울에 갇혀 공기막이 형성되고, 이 공기막이 풍선이 부풀어 오르는 것처럼 매우 작은 공기방울로 변해가는 순간적인 과정을 관찰했다. 그 결과 △공기막의 순간적인 관성수축 △표면탄성파의 전달에 의한 중심부 붕괴 △동그란 모양의 공기방울 형성 등 3단계 과정에 거쳐 물방울 속에 작은 공기방울이 형성된다는 것을 밝혀낸 연구팀은 “표면에너지의 탄성파에너지로의 변환과 중심부 이동 원리로 설명할 수 있다”고 했다.
제 교수는 “어디서나 쉽게 볼 수 있는 자연현상의 규명이지만, 이 원리는 공기의 아주 적은 유입도 큰 영향을 미칠 수 있는 전자 인쇄, 첨단 반도체나 제트분사 공정 등의 공정 효율을 높이는데 큰 도움이 될 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.
국내 연구진이 단독으로 이뤄낸 이번 성과는 연성물질에 관한 연구가 세계적인 수준에 도달한 것으로 평가받고 있다.
/윤경보기자
