연성물질에도 ‘빈익빈 부익부’ 있다

사회적 현상으로 여겨지는 ‘빈익빈 부익부’ 현상이 연성물질*1의 세계에서도 일어나고 있다.
크기가 서로 다른 연성물질이 하나로 합쳐질 때 합체된 물질의 위치는 큰 물질 쪽에 가깝게 놓인다는 원리가 POSTECH 연구팀에 의해 밝혀졌다.

신소재공학과 원병묵 연구교수와 제정호 교수는 대표적인 연성물질인 공기방울과 물방울이 합쳐질 때 합체된 물질의 위치를 측정, 연성물질의 합체 과정에서 위치를 결정하는 원리를 밝혀내 물리학 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 온라인판 최신호를 통해 발표했다. 

두 물질이 합쳐져 커지게 되면 합체된 물질의 위치는 공평하게 두 물질의 무게 중심에 놓이는 것으로 생각하기 쉽지만, 실제로는 선택적으로 큰 물질의 원래 위치에 더 가깝게 놓인다. 이 같은 현상은 일상에서도 쉽게 볼 수 있지만 그 원리는 아직까지 정확하게 밝혀지지 않았다.

연구팀은 엑스선현미경과 광학현미경을 이용해 공기방울과 물방울이 합쳐질 때 합체된 물질의 위치를 정밀하게 측정했으며 합체되는 과정에서 물질의 표면에너지가 운동에너지로 전환되어 물질의 이동거리를 결정하기 때문에 합체된 물질은 큰 물질 쪽으로 가깝게 놓이게 된다는 사실을 밝혀냈다.

원병묵 교수는 “이 원리는 기초과학 뿐만 아니라 마이크로·나노 세계에서 물질의 융합 현상을 이해하고 제어하는데 활용될 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행됐다.

1. 연성물질 (soft matter)
액체와 고체 사이에 쉽게 구부러지거나 변형이 가능한 물질. 콜로이드, 액정, 고분자, 생체재료 등 다양한 소재들이 이에 해당한다.