• HOME
  • Research
  • Noncontinuum Mechanics

Noncontinuum Mechanics

연구 개요


↗읽을거리 (저차원 탄소 공간의 유동 현상, 박형규)


❍ 1차원 공간에서 물분자들의 상태분자동역학(Molecular Dynamics)이 밝혀낸 바에 따르면, 물분자는 자신의 크기 정도밖에 안되는 극도로 협소한 아쿠아포린(세포의 물채널 역할을 수행하는 세포막단백질)과 탄소나노튜브 내부로 자발적으로 들어갈 수 있음. 비록 3차원 수소결합 상태에 비해 일렬종대로 늘어선 1차원 수소결합 상태가 네 개의 수소 결합 중 두 개를 잃는 결합에너지 손실을 보더라도, 1차원 수소결합 구조가 새로 얻게 되는 자유도와 관계된 엔트로피가 증가할 수 있음. 결국 열역학적으로 볼 때 1차원 공간에 갇힌 물분자들은 3차원 공간에서보다 그 화학포텐셜이 감소할 수 있음.


❍ 1차원 공간에서 물의 동역학적 거동연속체의 최소 단위를 통계적으로 대략 10,000개 정도의 입자 덩어리로 본다면, 물의 경우 그 규모가 대략 6-7 nm 가량이므로 이보다 작은 지름의 채널 속에서 물의 동역학은 불연속체적일 것임. 분자동역학에 의하면, 이러한 1차원 공간에서 물의 이동속력이 연속체 역학의 예상치보다 훨씬 빠를 수 있음.


❍ 소차원 공간 내 불연속체 역학이와 같이 매크로스케일의 경험적 직관을 뒤집는 소수성 소차원 공간 내 물의 수소결합과 그 결합이 결정하는 불연속체 역학은 종종 예상보다 크게 효율적인 유체의 유동을 일으킬 수 있음. 소차원 공간의 협소함에도 불구하고 예상보다 쉽게 흘러 들락거리는 소차원 나노스케일에서 물의 독특한 전달 현상(transport phenomena)은 여러 과학적 질문과 공학적 디자인의 상상을 일깨움.


❍ 소차원 불연속체 전달물리 탐구현재까지는 불연속체 동역학의 방법론으로 나노스케일의 유체역학적 현상들을 해석하는 것이 다소 제한적인데, 이는 부분적으로 기체분자운동론이 액체분자운동론으로 충분히 발전하지 못한 이유 때문임. 우리 연구실에서는 우수한 제막 기술이 담보하는 관찰 가능성기체 및 액체분자운동론에 대한 이해, 그리고 분자동역학 계산능력에 종합적으로 기반하여 기존의 접근법으로 설명하기 어려운 소차원 초미세 공간 내 유체 유동의 불연속체(noncontinuum) 물리를 탐구하고 있음.



주요 결과



J. K. Holt, H. G. Park et al. Science 2006 K. Celebi et al. Science 2014

H. G. Park and Y. Jung Chem. Soc. Rev. 2014 / J. Buchheim et al. ACS Nano 2019