韓 연구진 '정전기 잘 일어나는 액체 순서' 세계 첫 파악

마찰대전열 사상 처음으로 알아내
에너지 수확 장치-반도체 소자 표면 소정용 액체 선택에 활용

국내 연구진이 세계 최초로 액체 물질에서 발생하는 정전기 현상(마찰 대전)의 비밀을 또 한 꺼풀 벗겼다. 2013년 액체에서도 정전기가 발생한다는 사실을 밝혀낸 데 이어 어떤 액체에서 정전기가 더 쉽게 발생하는지 순서를 파악해 낸 것이다. 에너지 수확 장치 효율 향상이나 반도체 소자 표면 세정을 위한 액체 선택 등에 활용할 수 있다.

우리나라 연구팀이 액체들의 정전기(마찰 대전)가 어떤 물질 순으로 잘 일어나는지 사상 최초로 파악했다. 사진출처=과기정통부 제공

과학기술정보통신부는 김동성 포항공대 교수 연구팀과 최동휘 경희대 교수 연구팀이 액체 마찰 대전열을 세계 최초로 정립했다고 밝혔다. 마찰 대전열(帶電列)이란 어떤 물질이 접촉할 때 양의 전하로 대전되기 쉬운 물질을 순서대로 나열한 것을 말한다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 전날(현지 시각)에 표지 논문으로 게재됐다.

정전기 현상(마찰대전 현상)은 두 물체사이에 마찰이 일어날 때, 두 물체 표면이 서로 반대 전하를 띄는 현상을 말하며, 마찰 대전열은 이 현상이 쉽게 발생하는 물질을 순서대로 나열한 것이다. 정전기 현상은 기원전에 발견되어 현재까지 연구하고 있지만 정량적인 수치로 정의하기 어렵기 때문에 물체 간에 상대적인 마찰대전 정도를 나타낸 마찰 대전열을 유일하게 정전기 현상을 기술하는 방법으로 사용하고 있다.

연구팀은 실험실에서 정량의 액체를 운반하는 기구인 피펫(pipette)을 사용하던 중 실리콘 기름에 떨어진 액체 물방울이 알 수 없는 힘에 의해 예상과는 다르게 움직이는 것을 발견했다. 이후 이 현상을 설명하기 위해 연구를 지속한 결과, 피펫팅 과정 중 일어나는 액체의 정전기 현상을 2013년에 세계 최초로 학계에 보고했다.

이처럼 고체와 고체뿐만 아니라 고체와 액체 사이에서 발생하는 액체의 정전기 현상도 관심을 받기 시작했지만, 기존에 기술된 마찰 대전열은 고체물질에만 한정되어 있어 이를 기술할 수 있는 방법은 존재하지 않았다. 연구팀은 액체의 정전기 현상을 정밀하게 측정해 액체 마찰 대전열을 기술하기 위해 일정한 전하를 가진 고체를 기준으로, 이와 액체 사이의 마찰 움직임, 접촉면적 등 여러 외적인 요소들을 통제한 측정방법을 제안했다.

이와 같은 측정방법으로 22개 종류의 액체에 대해 마찰대전을 측정한 후, 그 정도에 따라 순서를 구분했다. 이는 실험결과를 바탕으로 한 다양한 액체들의 정전기 현상을 정립한 세계 최초의 결과이다.

연구팀이 정립한 액체 마찰 대전열을 이용하면 필요한 목적에 맞는 액체를 선택하여 정전기 현상을 조절하는 것이 가능하다. 예를 들면, 에너지 수확장치 효율 향상이나 반도체 소자 표면 세정을 위한 액체선택 등에 높은 활용도가 기대된다.

김 교수는 “이번 연구성과는 액체의 정전기 특성을 바탕으로 액체 마찰 대전열을 정립한 첫 사례”라며 “본 연구결과를 시작으로 보다 다양한 액체들을 포함한 액체 마찰 대전열이 구성될 것으로 기대된다”고 의미를 밝혔다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr