서강대 박준우 교수팀, 고체-액체 계면의 '이온-전자 상호작용' 입증

- 서강대-막스플랑크 연구소, "소금물 가속 현상" 세계 최초 규명

- 獨 막스플랑크 연구소와 공동 연구, 국제 학술지 ‘Advanced Science’ 게재

- 서강대 연구팀, 액체 이동 속도 능동 제어 기술 개발...에너지 소자 및 표면 공학 분야 응용 기대

[비욘드포스트 이봉진 기자] 일반적으로 물에 소금을 타면 점도가 높아져 흐름이 느려질 것이라는 상식을 뒤집는 연구 결과가 나왔다.

서강대학교(총장 심종혁)는 화학과 박준우 교수 연구팀이 소금이 첨가된 물방울이 고체 표면 위에서 오히려 더 빠르게 이동하는 ‘반직관적 현상’을 세계 최초로 관찰하고 그 원리를 규명했다고 6일 밝혔다.
통상적으로 액체의 점도가 증가하면 마찰력이 커져 물방울의 이동 속도는 감소하는 것이 일반적인 물리 법칙이다. 그러나 연구팀은 수 나노미터(nm) 두께의 절연층이 코팅된 전도성 표면 위에서 실험한 결과, 염이 포함된 물방울이 순수한 증류수보다 가속도는 75~85% 향상되고 마찰력은 13~25% 감소하며 더 빠르게 이동함을 확인했다.
연구팀은 실험과 이론 모델 분석을 통해 이 현상의 원인이 ‘이온-전자 상호작용’에 있음을 밝혀냈다. 고체와 액체 계면에 축적된 이온과 반도체 내부의 전자가 상호작용하여 ‘비평형 전기적 구동력’을 생성했고, 이것이 물방울의 속도를 높이는 결과로 이어졌다는 설명이다.

이번 성과는 고체-액체 계면에서 이온과 전자의 상호작용을 이용해 마찰과 액체의 이동을 능동적으로 제어할 수 있음을 처음으로 제시했다는 점에서 학술적 의의가 크다. 연구팀은 향후 미세 유체 역학, 에너지 소자, 표면 공학 등 다양한 첨단 분야에 이 원리가 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 계면 과학 및 콜로이드 분야의 세계적 석학인 독일 막스플랑크 고분자연구소의 한스 위르겐 버트(Hans-Jürgen Butt) 소장 연구팀과의 국제 공동 연구로 수행됐다. 버트 교수는 국제 콜로이드·계면과학회(IACIS) 회장을 역임하며 해당 분야를 이끌어온 권위자다.
서강대 석박사통합과정 신동호 대학원생과 막스플랑크 연구소의 럿빅 라티아(Rutvik Lathia) 박사가 공동 제1 저자로 참여했으며, 한국연구재단 우수신진연구와 G-램프(G-LAMP) 사업의 지원을 받아 진행됐다.

연구 결과는 재료 및 화학 분야의 국제 저명 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, 인용지수 15.1)’에 게재됐다.

bjlee@beyondpost.co.kr