▲(왼쪽부터) 김태영 군(1저자, 숭실대 기계공학부 2022 석사 졸업), 이윤재 군(공저자, 기계공학부 2021), 김보성 군(공저자, 기계공학부 2023 학사 졸업), 홍지우 교수(교신저자). 사진=숭실대학교
숭실대학교는 기계공학부 홍지우 교수 연구팀이 미국물리학협회(American Institute of Physics)에서 발간하는 국제학술지 'Physics of Fluids'에 논문을 게재했다고 21일 밝혔다.
Physics of Fluids는 세계적으로 유체 및 플라즈마 분야에서 권위있는 학술지로, 해당 분야 총 40개의 저널 중 2위(JCR 상위 5%)다.
홍 교수 연구팀이 게재한 논문 제목은 '직류 전기습윤기술을 이용한 소수성 표면에서의 기포 탈착 거동에 대한 연구(Experimental study of the detachment behavior of bubbles of different sizes from a hydrophobic surface immersed in a liquid pool using direct current electrowetting actuation)'이다.
이번 연구는 미세유체시스템에서 발생하는 예기치 않은 기포가 유체 흐름을 방해하고, 압력 변동이나 전단력 변화를 초래해 시스템 성능을 크게 저하시킬 수 있다는 문제에 집중했다. 특히, 마이크로 연료전지, 미세 열교환기, 생화학 분석 장치와 같은 열·유체시스템에서 기포 문제가 장치 효율을 심각하게 저해하는 주요 원인으로 작용한다. 이에 따라 기포 제거 기술 개발의 중요성이 점차 부각되고 있다.
홍 교수 연구팀은 전기력을 이용해 유체의 젖음성(wettability)을 제어하는 전기습윤(electrowetting) 기술을 적용하고, 다양한 크기의 기포를 소수성 표면으로부터 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제시했다.
연구팀은 실험과 이론 분석을 통해 △기포의 부피 △임계 제거 전압 △제거 시간 간의 상관관계를 도출하고, 미세유체시스템에서 기포 제거를 위한 최적화된 설계 방향을 제안했다.
논문의 교신 저자인 홍지우 교수는 “생의학 응용을 위한 미세유체시스템에서의 불필요한 기포 제거는 물론, 열교환기와 냉각 시스템 등 열관리 장치에서 풀비등(pool boiling) 과정의 열전달 효율을 크게 향상시키는 데도 기여할 수 있을 것"이라고 기대감을 드러냈다.
한편, 이번 연구는 산업통상자원부 디지털 전환 기반 의약품 지능형공정혁신 기술개발사업과 한국연구재단의 개인기초연구 지원을 받아 수행됐다.
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