천장서 물 등 액체 떨어지는 현상 해결…정밀 인쇄기술로 확장 가능

[한국과학기술원(KAIST) 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 500여년 전 미켈란젤로는 시스티나 성당 천장에 '천지창조'를 그리는 4년 동안 얼굴로 쏟아지는 물감과 싸워야했다. 미켈란젤로가 겪은 창작 고통을 해결할 수 있는 '떨어지는 물감'을 붙잡는 기술이 KAIST 연구진에 의해 개발됐다.

12일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 기계공학과 김형수 교수 연구팀이 중력 때문에 아래로 쏟아지는 현상의 근본 원인인 '중력 불안정성'을 소량의 휘발성 액체를 혼합해 제어하는 방법을 제시했다.

목욕탕 천장에서 수증기가 응결되면 얇은 물층이 생기고, 시간이 지나면 물방울로 모여 떨어진다. 냉장고 내부 천장에 맺히는 물방울 역시 처음에는 얇은 층으로 형성되지만 점차 커지며 아래로 쏟아지려 한다. 이는 중력이 존재하는 한 피할 수 없는 현상으로 여겨져 왔다.

연구팀은 거꾸로 매달린 액체에 소량의 휘발성 액체를 섞는 방법을 제안했다.

휘발성 성분이 증발하면 액체 표면 농도 분포가 달라지고, 그 결과 표면장력에 차이가 생긴다. 표면장력은 액체 표면이 스스로를 안쪽으로 잡아당기는 힘으로 물방울이 둥근 형태를 유지하게 만드는 원리다.

표면장력에 차이가 생기면 장력이 큰 쪽이 작은 쪽을 끌어당기며 표면을 따라 흐름이 발생하는데, 이러한 표면 흐름이 아래로 떨어지려는 액체를 붙잡아 주면서 중력에 의한 불안정성을 억제한다는 사실을 실험과 이론을 통해 규명했다.

이번 연구 결과는 정밀 코팅, 인쇄, 적층 공정 등에서 더욱 얇고 균일한 액체막을 구현할 수 있게 하고, 기울어진 표면에서도 안정적인 도포가 가능하도록 돕는다.

김형수 교수는 "이번 연구는 외부 에너지 없이 중력 불안정성을 능동적으로 제어할 수 있음을 보였다는 점에서 의미가 있다"며 "코팅·인쇄·적층 공정뿐만 아니라 우주 환경에서 유체 제어 기술로도 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

kjunho@yna.co.kr