울산대 김보홍 교수, 초미세유체의 수송현상 예측 모델 개발

아주경제 정하균 기자 = 한국연구재단은 울산대 김보흥(사진) 교수 연구팀이 세계최초로 초미세유체의 유동 및 열 전달 현상을 정확하게 예측하는 새로운 예측 모델을 개발했다고 12일 밝혔다.

초미세유체는 분자 수십 개에서 수백 개 정도가 일렬로 나열된 폭 정도의 미세한 나노채널 구조물에서 흐르는 유체다. 극소량의 혈액으로 질병과 DNA 등을 판별하는 것 등이 초미세유체의 대표적인 활용 방법이다.

일상생활에서 접하게 되는 대부분의 거시유체는 유동의 세기에 비례해 발생한 열과 온도 분포를 쉽고 정확하게 예측할 수 있으며 그 인과관계가 에너지 보존법칙을 기반으로 아주 간단하고 완벽하게 설명된다.

그러나 초미세유체의 유동 및 에너지 수송현상은 정확히 예측하기가 어려웠다. 이는 초미세 유체 경계면에서 분자간의 인력에 의해 점도나 밀도의 불균형 현상 등이 나타나기 때문이다.

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이에 연구팀은 초미세유체의 수송현상 시 모델링을 통한 예측 값과 실제 분자들의 흐름에 의한 결과 값 사이에 오차가 나는 이유를 토대로 해 오차의 범위를 극도로 줄일 수 있는 새로운 예측 수식을 고안했다.
 

 

연구팀은 초미세유체의 경계면의 특성으로 인해 유발되는 측정온도 값의 불연속성을 초미세유체 유동채널의 벽인 경계 조건에 새롭게 적용해 새로운 모델을 개발했다.

김보흥 교수는 "이번 성과로 마이크로·나노필터, 나노미터크기의 바늘 주사기, 혈액 속 노폐물을 거르고 질병유무 물질을 분석하는 여과 필터기 등을 설계할 때 정확한 흐름양 예측이 가능해진 것"이라며 "의료기기부터 나노 관련 주요 산업의 발전을 위한 중요한 촉매제가 될 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 밝혔다.

한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 통해 거둔 이번 연구성과는 세계 3대 학술지 Nature의 자매지인 '사이언티픽 리포츠'에 9월 21일자로 게재됐다.