| 최초로 역학적 차원에서 영의 방정식 해석 | ||
|
||
 중국과학기술대학교 공정과학대학 및 중국과학원 재료역학거동·설계중점실험실 연구팀은 고체-액체 계면 모세관힘(capillary force)의 미시적 기원을 연구해 액적 접촉선 부위 로드 밸런스(load balance) 작용 메커니즘을 규명함으로써 역학적 차원에서 영의 방정식(Young's equation)을 합리적으로 해석하였다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 1805년에 영국 과학자 토머스 영(Thomas Young)이 적심(wetting) 및 모세현상 연구시 계면장력과 접촉각의 정량적 관계를 기술하였다. 200여 년간 영의 방정식은 적심 분야의 가장 기본적인 이론이 되었다. 비록 열역학 에너지 최소화 방법에 기반해 동 방정식을 도출할 수 있지만 연구자들은 영의 방정식 역학적 해석에 주력하였고 또한 나노 규모에서 그 유효성을 검증하고자 하였다. 해당 분야에는 아직도 해결해야 할 핵심 과학문제가 많이 남아있다. 1)액적 동역학 제어의 핵심요소이며 고체-액체-기체 3상 접촉선 부위에 작용하는 모세관힘은 영의 방정식에서 명확하게 체현되지 않았고 또한 계면장력 개념과 혼동되기 쉬우며 2)실험에서 고체-액체, 고체-기체 계면장력 정확 측정이 어려워 영의 방정식 검증은 논쟁의 여지가 많다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 미시적 차원에서 계면장력의 물리적 의미를 심층 분석함과 아울러 분해를 통해 고체-액체-기체 3상 접촉선 부위 모세관힘 정량적 묘사가 가능한 새 방법을 찾음으로써 해당 모세관힘과 계면장력 간 구별 및 연계를 더한층 명확히 하였다. 이에 기반해 연구팀은 액적 접촉선 부위 모세관힘 균형을 묘사할 수 있는 이론모형을 구축함과 아울러 영의 방정식 역학 해석을 제시하였다. 동 이론은 분자동역학 시뮬레이션 결과의 검증을 받았다. 연구 결과 접촉각이 작은 상황에서 고체-액체, 액체-기체 계면의 접촉선 부위에 중첩이 존재하였고 고체 표면 액체의 유질서 층상구조는 모세관힘에 중요한 영향을 미쳤다. 해당 연구는 많은 계면 적심 현상 심층적 이해에 새로운 인식을 제공하였을 뿐만 아니라 마이크로나노 유체역학칩 설계, 저투과 석유저류층 채취율 제고 등 응용 분야에 중요한 과학적 의미가 있다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-04/07/content_442824.htm?div=-1 |
SEARCH
- 정책동향
- 이슈리포트
- 통계DB
- 통계DB