"물방울 중성자로 구별한다"..UNIST, 액체 응결·증발 예측 이론 제시

정준우 교수팀, 액체 증발과 응결 정량 분석·증발 예측 이론 제시
프린트 잉크·페인트 등 용매 증발 이해하는 데 도움..매터 게재

[울산=뉴시스] 구미현 기자 =UNIST(울산과학기술원)는 물리학과 정준우 교수팀이 중성자빔으로 물방울을 떠나는 물과 공기 중에서 물방울로 유입되는 물을 구별해 관측하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 임재관 연구원(좌측)과 정준우 교수(우측). 모니터에 밝기가 다른 중수와 경수 물방울 사진이 있다. 2021.05.13. (사진=UNIST제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 물방울이 점점 줄어드는 증발현상과 응결현상을 구별하는 관측법을 알아냈다. 용액의 증발과 응결비를 알아낸 이번 연구는 용액 증발 속도나 증발되고 남은 입자의 패턴이 중요한 페인트, 잉크 같은 액체 개발에도 도움이 될 전망이다.

UNIST(울산과학기술원)는 물리학과 정준우 교수팀이 중성자빔으로 물방울을 떠나는 물과 공기 중에서 물방울로 유입되는 물을 구별해 관측하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

중성자 빔으로 물방울 영상을 찍어 밝기(투과도)를 분석하는 것만으로도 유입된 물 분자와 떠난 물 분자 양을 알 수 있는 기법이다. 또 연구팀은 물방울을 비롯한 액체의 증발을 예측할 수 있는 새로운 이론 모델까지 만들었다.

연구진은 ‘중성자 현미경’으로 중수 물방울을 촬영하면 물방울의 밝기가 시간이 지날수록 어둡게 변하는 현상을 이용했다. 중수는 물 분자의 수소가 동위원소인 중수소로 바뀐 물이다.

중성자 현미경의 광원인 중성자 입자는 중수와 경수(일반 물)에서 투과도가 달라, 경수의 이미지가 더 어둡게 나온다. 공기 중의 물 분자는 경수 분자이므로 물 분자가 유입될수록 촬영된 물방울의 밝기가 어두워진다.

이 밝기 변화와 물방울 작아지는 현상을 같이 분석하면 증발량과 응결량을 구분해 알 수 있다.

연구진은 위와 같은 분석법을 통해 수 밀리미터 크기의 물방울을 30% 정도의 습도를 가지는 공기 중에서 증발시키면, 10분 후에는 대략 20%가 외부에서 유입된 물로 바뀌어 있음을 알 수 있었다.

기존 기술인 적외선 분광학 기술을 이용해서도 같은 결과를 관찰할 수 있었으며, 연구진이 제안한 물방울 증발을 예측하는 이론 모델과도 일치했다.

한편, 물방울의 고해상도 중성자 이미징을 위해서는 스위스 폴 쉐러 연구소(Paul Scherrer Institut)의 중성자 현미경(Neutron Microscope)을 사용했다

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 중수와 경수의 중성자 이미징 비교. 경수의 경우 물방울이 더 어둡게 나온다. *재판매 및 DB 금지

정준우 교수는 “이번 연구 방법은 물 뿐만이 아니라 다양한 혼합물 용액의 증발과 응결의 관찰에 유용할 것”이라며 “코팅이나 프린팅과 같이 용액의 증발이 수반되는 다양한 현상을 이해할 수 있어 새로운 잉크나 페인트 개발에도 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 셀(Cell)의 자매지인 ‘매터(Matter)’ 5월 12일자(현지시각) 온라인판에 게재됐다. 연구수행은 과학기술정보통신부·한국연구재단의 연구과제(기초연구실 지원사업), UNIST 우수연구 아이디어 발굴사업, 기초과학연구원 첨단연성물질 연구단, 스위스 폴 쉐러 연구소의 지원으로 이뤄졌다.

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