서강대학교 화학과 박준우 교수 연구팀, 이온-전자 상호작용을 이용한 고체-액체 계면마찰 제어 원리 규명

▲ (왼쪽부터) 박준우 화학과 교수, 신동호 대학원생 

   서강대학교(총장 심종혁) 화학과 박준우 교수 연구팀은 소금을 첨가하면 점도 증가로 인해 느려질 것으로 예상되는 물방울이 오히려 고체 표면 위에서 더 빠르게 이동하는 반직관적 현상을 최초로 관찰하고, 이 현상이 고체-액체 계면에서의 이온-전자 상호작용에 의해 유도될 수 있음을 규명하였다.

본 연구는 계면 과학 및 콜로이드 분야의 세계적인 석학인 막스플랑크 고분자연구소 소장 Hans-Jürgen Butt 교수(공동 교신저자) 연구팀과 국제공동연구를 통해 수행되었다. Butt 교수는 국제 콜로이드·계면과학회(IACIS) 회장을 역임하고 계면 과학 분야의 연구 방향을 이끌어 온 석학이다.

일반적으로 액체의 점도 증가는 마찰 증가와 함께 물방울의 이동 속도를 감소시키는 요인으로 작용한다. 그러나 연구팀은 수 나노미터 두께의 절연층이 코팅된 전도성 표면 위에서 염이 포함된 물방울이 순수한 증류수보다 오히려 더 빠르게 이동함을 확인(가속도 75~85% 향상 및 마찰력 13~25% 감소)하였으며, 이 현상이 계면에 축적된 이온과 반도체 내 전자의 상호작용으로 인해 비평형 전기적 구동력이 생성되면서 나타날 수 있음을 실험과 이론 모델을 통해 규명하였다.

본 연구는 고체-액체 계면에서 이온-전자 상호작용이 마찰 및 액적 이동을 능동적으로 제어할 수 있음을 처음으로 제시한 연구로, 미세 유체 역학, 에너지 소자, 표면 공학 등 다양한 응용 분야로의 확장이 기대된다.

박준우 교수 연구실의 석박사통합과정 신동호 대학원생과 막스플랑크 고분자연구소 Rutvik Lathia 박사가 공동 제 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구와 G-램프 사업의 지원을 받아 진행되었으며, 연구결과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Science’(인용 지수 15.1)에 게재되었다.

▶논문 제목: Salt Water Drops Slide Faster: Ionic Modulation of Drop Friction

▶DOI: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202521659

▶연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jplab