고속 카메라 등 장비 없이 측정 가능한 모니터링 기술 구현
(내외방송=정지원 과학전문 기자) 적은 양으로 정확하게 액체를 분석할 수 있는 기술이 개발돼 앞으로 고성능 측정 장비 개발 등이 수월해질 전망이다.
KAIST(한국과학기술원)는 21일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "이정철 기계공학과 교수 연구팀이 마이크로히터(아주 작은 열전달 물질)와 유동 채널이 내장된 미세먼자기계시스템(MEMS) 소자를 이용해 극미량의 유체에 대한 열전달 관련 측정과 공정을 개발할 수 있는 새로운 실험 플랫폼인 '열원-미소채널 통합 공진 센서(HFR)'를 개발했다"고 밝혔다.
마이크로 유체 채널이 통합된 센서는 상용화된 다른 센서들에 비해 정확도가 낮다는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 크기가 작아질수록 높은 정확도를 보이는 '기계 공진(특정 주파수에서 사물이 큰 진폭으로 진동) 센서'에 주목했다.
온도를 자유자재로 제어해 높은 정확도의 공진 측정을 병행함으로써 밀도와 질량 측정 이상으로 다양한 현상과 물리량을 분석할 수 있게 된 것이다.
뿐만 아니라 연구팀은 20pL(피코리터, 표준 리터를 아주 작게 세분화) 이하 액체의 열전도도와 밀도, 비열(어떤 물질 1g을 1℃ 올리는 데 필요한 에너지)을 동시에 측정할 수 있는 방법을 제시했다.
1000개의 데이터를 1분 이내로 수집하는 것이 가능해 높은 정확도를 보이는 데 성공했다.
또, 마이크로채널 노즐(기다란 관)이 있는 HFR을 사용해 전열(전기 에너지를 열에너지로 변환시켰을 때 발생하는 열) 분무 현상을 유도하고, 토출(유체 에너지가 기계 에너지로 변환) 공정을 공진 주파수로 실시간 관측할 수 있는 방법을 제시했다.
이를 통해 고속 카메라 등 장비 없이 노즐 자체 측정만을 이용한 미립화(액체를 작은 입자로 만듦) 액적(원자핵을 액체의 작은 물방울 모양으로 가정) 토출 공정 모니터링을 구현한 것이다.
이는 나노·마이크로 입자와 세포 측정 분야에서만 사용됐던 극미량 측정 기술을 물리 화학적 측정 센서와 나노 패터닝 공정 제어 등 다양한 분야의 연구자들이 응용할 수 있도록 아이디어를 제시하는 등 활용 가능성을 검증하는 데 의의가 있는 것으로 평가된다.
이 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 지난 8월 온라인 게재됐으며 지난달 표지 논문으로 선정됐다.
