탄소나노튜브에서 발현되는 준-슬립 현상

일리노이즈 대학(University of Illinois at Chicago) 연구진은 폴리머 나노섬유의 전

기방사(electrospinning)로 만들어진 탄소나노튜브에서 일어나고 있는 라멜라 압력

(laminar pressure)으로 구동되는 유동을 연구하고 있다. 

연구진은 액체와 가스의 이중층 유동들이 한계를 넘어서는 상황을 초래할 수 있다

는 사실을 증명했다. 즉, 액체 유량이 더 높아지면 동일한 튜브를 통해서 동일한 액

체가 움직일 경우와 비교했을 때 동일한 압력 강하에 영향을 받고 전체 구멍을 차지

하게 된다. 이것은 이중층에서 유동 액체가 전체 단면적(cross-section)을 차지하지

는 않지만 포아즈이유 법칙(Poiseuille law)에 의해서 예견된 것보다 더 많은 액체

를 방출하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 

이런 자기 모순적 결과는 더 적은 점성을 가진 가스층이 아래에 있는 액체 층보다 훨

씬 더 빠르게 움직일 수 있고 중요한 전단 응력(shear stress)을 통해서 액체 층으

로 혼입된다는 사실과 관련이 있다. 이 현재의 결과들은 비-슬립(no-slip) 상황에서

의 편향(deviation )과 닮은 것처럼 보이면서 한계 이상의 액체가 나노튜브를 통해

서 흐른다는 사실이 관찰되었다. 실제적으로는 액체/가스 이중층 유동에서 가스층

이 빠르게 움직이면서 액체를 혼입시켜서 이런 현상이 발생했다. 이 준-슬립 현상

(quasi-slip phenomenon)은 비-슬립 상황이 효율적인 정확성을 가지고 유지할 수 

있는 500 nm 크기의 비교적 큰 나노튜브에서 우연히 발생한다. 이 현상은 마이크로

유체(microfluidics), 나노유체(nanofluidics), 나노반응기(nanoreactor) 그리고 약

물전달 시스템에 사용될 수 있을 것이다. 연구진은 이런 곳에 적용할 수 있는 연구

를 진행하고 있다. 

이 연구는 국립과학기금(National Science Foundation)과 국방부(Department of 

Defense)로부터 NSF-EEC 0755115 자금을 지원받았고 Grant NIRT CBET-

0609062 으로부터 일부 자금을 지원받았다. 

더 이상의 정보를 알고 싶으면 아래 연락처로 연락하기 바란다. 

e-mail: ayarin@uic.edu 

그림. 나노튜브 방출과 속도분포상. (왼쪽) 탄소 스트립의 끝으로부터 나노튜브 출구

를 보여주는 SEM 사진. (오른쪽) n-데칸/공기 유동(점성률 μ2/μ1=0.0196)에서의 속

도분포상. 속도분포상은 포아즈이유 법칙에 따르면 순수한 액체 유동(umax,pure)

에서 최대 속도까지 무한하게 변한다.

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-16