국내 연구진 액체 정전기 세계 최초 분석…"반도체 공정 응용 기대"

김동성 포스텍 교수·최동휘 경희대 교수 연구팀, 액체 마찰 대전열 정립

각 액체가 고체 표면과 마찰이 일어났을 때 발생한 마찰 정전기의 크기를 액체의 정전기 특성으로 정의하여 그 크기에 따라 나열한 마찰대전열. (김동성 포항공과대학교 교수 제공) 2023.06.29 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 국내 연구진이 액체 정전기 현상을 다룰 수 있는 '대전열'을 세계 최초로 정립했다.

과학기술정보통신부는 김동성 포항공과대학교 교수 연구팀과 최동휘 경희대학교 교수 연구팀이 액체 마찰 대전열을 세계 최초로 정립했다고 29일 밝혔다.

정전기 현상은 마찰이 일어날 때 두 물체 표면이 서로 반대 전하를 띄는 현상을 말한다. 정전기 현상은 기원전에 발견됐지만 정량적인 수치로 정의하기 어렵기 때문에 물체 간에 상대적인 마찰대전 정도를 나타낸 마찰 대전열이 유일하게 정전기 현상을 기술하는 방법으로 사용되고 있다.

마찰 대전열은 어떤 물질이 접촉할 때 양의 전하로 대전되기 쉬운 물질을 순서대로 나열한 것이다. 고체의 마찰 대전열로는 털가죽-상아-유리-명주-나무-고무-플라스틱-에보나이트가 있다.

김동성 교수와 최동휘 교수는 실험실에서 액체를 운반하는 기구인 피펫을 사용하던 중 실리콘 기름에 떨어진 액체 물방울이 예상과는 다르게 움직이는 것을 발견했다.

이후 이 현상을 설명하기 위해 연구를 지속해 피펫팅 과정 중 일어나는 액체의 정전기 현상을 2013년에 세계 최초로 학계에 보고했다.

액체의 정전기 현상도 관심을 받기 시작했지만 기존에 기술된 마찰 대전열은 고체물질에만 한정돼 액체 정전기를 기술할 방법은 없었다.

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.

이 방법대로 연구팀은 22개 종류의 액체 마찰대전을 측정한 후 그 정도에 따라 순서를 구분했다. 이는 실험결과를 바탕으로 한 다양한 액체들의 정전기 현상을 정립한 세계 최초의 결과다.

이번에 정립된 액체 마찰 대전열을 이용하면 필요한 목적에 맞는 액체를 선택하여 정전기 현상을 조절하는 것이 가능하다. 연구팀은 에너지 수확장치 효율 향상이나 반도체 소자 표면 세정을 위한 액체선택 등에 높은 활용도가 기대했다.

김동성 교수는 "액체의 정전기 특성을 바탕으로 액체 마찰 대전열을 정립한 첫 사례"라며 "이번 연구결과를 시작으로 보다 다양한 액체들을 포함한 액체 마찰 대전열이 구성될 것으로 기대된다"라고 의미를 밝혔다.

과기정통부 기초연구사업(중견연구 및 신진연구) 등의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 표지 논문으로 게재됐다.

제1저자로는 유동형 포항공과대학교 기계공학과 연구원, 장순민 경희대학교 기계공학과 박사과정생이 참여했다.

seungjun241@news1.kr