* 사진 설명: 김동성 교수, 학사과정 이동현씨, 박사과정 최동휘씨(좌로부터)
POSTECH 연구팀이 물이 지나간 자리에 저절로 형성되는 알짜 전하*1를 이용하여 물의 여러 가지 특성에 대해 정밀하게 평가하고, 물속 미세한 기포까지 찾아낼 수 있는 플랫폼을 제작해 학계에 관심을 끌고 있다.
기계공학과 김동성 교수, 박사과정 최동휘씨, 학사과정 이동현씨 연구팀은 물과 같은 액체가 고체 표면 위를 지나갈 때 표면대전현상*2에 의해 알짜 전하가 형성된다는 점에 착안하여, 물의 특성뿐만 아니라 물 속 미세기포의 존재 유무까지 파악할 수 있는 플랫폼을 개발하고, 관련 연구 성과를 네이처 자매지인 사이언티픽리포트(Scientific Reports) 온라인 판을 통해 최근 발표했다.
특히, 이번 연구 성과는 기계공학과 4학년에 재학 중인 이동현씨가 공동 제1저자로서 김동성 교수와 최동휘씨의 지도를 받아 실험 설계 및 진행, 샘플 제작, 논문 작성 등 연구 전반을 수행하고, 세계적 저널에 논문을 게재하는 성과를 거뒀다는 점에서 큰 의미가 있다.
연구팀은 생성된 알짜 전하의 크기를 정량적으로 분석한 결과, 물의 여러 가지 특성이 전하의 크기에 상당한 영향을 준다는 사실을 확인했다. 특히 연구팀은 이와 같은 특성들을 동시다발적으로 평가할 수 있다는 점에 주목했다. 즉, 형성된 알짜 전하는 물의 산성도 및 전해질 농도 등의 특성들에 따라 크기가 변하는 것이다.
특히, 이번에 제작된 물 특성 평가 플랫폼은 매우 적은 양의 물도 분석 가능하고, 구현이 매우 간단하며, 정확도가 높기 때문에 저비용, 고효율의 장점을 지니고 있다. 연구팀은 이 기술을 이용하여 물속에 존재하는 미세기포의 수를 집계할 수 있는 자가발전 구동 미세기포 집계센서까지 개발했다.
연구를 주도한 김동성 교수는 “이 기술을 응용하면 매우 적은 양의 물을 이용하여 물의 특성을 파악하는 것이 가능하다”며 “특히, 자가발전으로 구동이 가능하다는 점은 실용성이 높아 실질적인 응용 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 남다르다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구)과 선도연구센터육성사업(ERC) 및 보건복지부의 보건의료기술연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
[용어설명]
1. 알짜 전하(net charge)
전하는 물체를 구성하는 기본 입자들의 고유한 특성이다. 대부분 전하에는 양전하와 음전하가 같은 양으로 들어 있으므로 전기적 중성을 띠고 있다. 즉 알짜 전하가 없다고 한다. 여기서 전기적인 균형이 깨지면서 대전이 된다고 하는데, 양전하와 음전하가 함께 모여 있으면 밖에서 볼 때는 둘을 더하고 남은 알짜 전하만 있는 것처럼 보인다. 이것을 알짜 전하라고 부른다.
2. 표면대전현상 (表面帶電現象, electrification)
두 가지 상이한 물질이 접촉한 후 분리되며, 각각의 표면에 양전하 또는 음전하가 생성되는 현상, 즉 전기를 띠는 현상.
[그림설명]
자발적으로 형성되는 알짜 전하를 통해 구동되는 자가발전 구동 미세기포 계수 센서
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