서울대 공대(학장 차국헌)는 기계항공공학부 김호영 교수 연구팀이 액체 흡수와 팽창의 원리를 풀어냈다고 2일 밝혔다. 김 교수 연구팀은 세계 최초로 물이 스며드는 스펀지의 내부를 전자현미경으로 촬영했다. 그 결과 스펀지(재료) 내부에 있는 작은 구멍이 늘어나 주변 구멍과 합쳐지고 이것이 물의 흐름에 영향을 준다는 것을 발견했다.
연구팀은 촬영 결과를 바탕으로 액체 흡수와 재료 팽창의 상호작용 과정을 수학적으로 풀어냈다. 스펀지가 물을 너무 높이 빨아올릴 경우 중력으로 인해 일부 작은 틈새만 적셔지며, 내부 액체 속도 및 팽창 정도는 액체와 재료의 성질에 따라 달라진다는 것을 밝혀낸 것이다.
스펀지와 식빵의 흡수 팽창 과정 모습. 김호영 교수 연구팀은 세계 최초로 물이 스며드는 스펀지의 내부를 전자현미경으로 촬영했다. 그 결과 스펀지(재료) 내부에 있는 작은 구멍이 늘어나 주변 구멍과 합쳐지고 이것이 물의 흐름에 영향을 준다는 것을 발견했다. 서울대 공대 제공
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터와 한국연구재단의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 세계적인 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 3월 31일 온라인 판에 게재됐다. '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)도 이번 주 리서치 하이라이트로 선정했다.
김호영 교수는 "주변 습기와 물로 인해 모양이 변하거나 움직이는 재료는 전기 대신 주위 환경의 에너지를 이용하는 소프트 로봇 등의 분야에서 크게 주목받고 있다"며, "이 연구가 최근 각광받는 분자요리법에도 도움을 줄 수 있을 것"이라고 밝혔다.
한편, 스펀지는 식물에서 추출되는 셀룰로스(cellulose)로 만들어진다. 이는 액체를 흡수·팽창하는 대표적인 물질로, 각종 산업 분야와 일상생활에서 널리 사용되고 있다. 이 밖에도 쌀, 밀, 빵 등의 식품이나 콘택트 렌즈가 스펀지와 비슷한 성질을 갖고 있다. 이규화 선임기자 david@dt.co.kr
