김세영 교수팀, 수면 위 구조 변화 정량 측정 성공…'Nano Letters' 게재
중성자반사율 실험으로 '탄성모세관 현상' 실증…차세대 계면활성 소재 설계 기틀
美 퍼듀대·日 J-PARC 공동 연구 성과…의약·화장품 유화 소재 고도화 기대
단국대학교는 김세영 고분자시스템공학부 고분자공학전공 교수 연구팀이 나노입자의 강성과 표면장력의 상호작용에 따른 구조 변화를 실시간으로 정량 측정하고, 입자 변형률이 최대 75%에 이른다는 사실을 확인했다고 21일 밝혔다.
'계면활성 나노입자'는 화장품, 의약품, 친환경 코팅 공정 등에서 경계면을 안정화하는 유화 소재다. 경계면에서 입자가 납작해지거나 변형되는 정도가 유화 성능을 결정짓는 핵심 변수로 꼽히지만, 입자 크기가 워낙 작아 수면 위 실제 변형 과정을 정량 분석하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 강성 조절이 가능한 구형 고분자 나노입자와 랭뮤어 수조(Langmuir trough)를 활용해 수면 위 구조 변화를 실시간·비파괴 방식으로 관찰하는 중성자반사율(neutron reflectivity) 실험을 진행했다.
분석 결과 나노입자의 변형은 입자의 탄성과 표면장력의 상호작용으로 일어나는 '탄성모세관(elastocapillary) 현상'에 의한 것임이 실증됐다. 기존 강체나 액체 기반 이론만으로는 설명이 불가능했던 나노 단위 미세 구조 변화를 실험적으로 입증한 첫 사례다.
연구 성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노 분야 국제 학술지 'Nano Letters'(IF 9.1)에 게재됐다. 미국 퍼듀대학교, 일본 J-PARC 연구소와의 국제 공동 연구로 진행됐으며, 김상윤·진신저 단국대 석사가 공동 제1저자로 참여했다.
김 교수는 "탄성모세관 현상이 나노 영역에서 미치는 영향을 실시간 관측을 통해 확인했다"며 "향후 고계면적 화공 소재나 생체 계면 조절 약물 등 차세대 계면활성 나노입자를 정밀 설계하는 데 주요 기반 기술로 활용될 것"이라고 말했다.
