2001/02/20
매우 작은 공간에서 한정된 유체의 예상치 못하며, 독특한 특성들은 미래의 나노 스케일 기기의 설계자로 하여금 윤활 작용과 유체 흐름에 따른 전통적인 예상을 다시 재검사하도록 하게 할 것이다.
이러한 작은 규모의 스케일의 경우, 표면 질김과 표면 장력, 저항적인 손실과 변동 등의 증가되는 중요성에 따른 분자 구성과 구조적인 변형, 패킹 등에 속하는 고려들은 윤활제와 다른 유체 사이들의 거동들 내에서 상당히 특징적인 변화들을 생성한다.
"우리는 그런 한정된 유체들이 덩어리적인 것과 비교하면 매우 다른 방식으로 움직이며, 상당히 큰 스케일에서부터 매우 작은 것까지의 거동을 확인하는 방법은 거의 없는 것 같은 그러한 좀더 많은 증거들을 축적하고 있다. 우리들은 나노기술의 주어진 기회들을 실현시키기 위해서 그런 새로운 거동들을 조절하는 것과 같은 영리한 방법들을 찾아야 한다." 라고 조지아 기술 연구소 (Georgia Institute of Technology) 의 컴퓨테이셔널 물질 과학 센터 (Center for Computational Materials Science) 의 소장인 Uzi Landman 은 말한다.
Landman 은 2월 15일 목요일 날, 샌프란시스코 (San Francisco) 의 미국 과학기술 발전협회 (American Association for the Advancement of Science :AAAS) 의 167 번째 년 모임, 나노기술에 관한 세미나 중에서 나노 스케일의 윤활유와 유체 흐름에 관한 연구내용을 발표하였다.
원자와 분자 수준에서 이런 유체들의 거동을 모델링하기 위해 슈퍼 컴퓨터에 바탕을 둔 분자 운동학
모사를 이용하여 Landman 의 연구팀은 미래의 기기 설계자들을 보조하는 것을 돕는 다양한 예측법을
개발하였다. 이론적인 예상법들의 몇몇은 이미 실험적인 결과들로 알려졌다.
예측된 내용들
* 공간을 조이기 위해 한정될 때, 에너지와 엔트로피에 연관된 이유 때문에 긴 체인 윤활 분자들은 부드러운 고체들처럼 작용하며, 미끄러지는 표면의 움직임에 영향을 주는 레이어들은 정렬되게 되는 것이다. 이런 기공들은 굉장히 높은 고밀도 컴퓨터 디스크 드라이브 같은 시스템에서 상당히 많이 상당히 연구되고 있다.
* 분자 혼합물로 구성된 한정된 유체들은 한정된 사이의 중간 지역에 남아있는 더 작은 것들과 표면 근처에서 흡수된 긴 체인 분자들과 표면 크기에 따라 자기 스스로 분리되기도 한다.
* 액체 방울들은 전통적인 유체 흐름 방정식에 의해 예측된 것보다 더 짧은 거리로 단지 몇 나노미터의 지름을 갖으며 전파된다. 그러한 나노제트들의 생성은 노즐의 막힘을 막기 위해 특별한 처리를 필요로 한다.
* 약간 거칠어진 표면들 사이의 한정된 유체 분자들은 부드러운 표면들에 의해 한정된 것보다 좀더 많이 액체 같은 거동을 보이는데, 이것은 상당한 미끄러짐의 원인이 되는 저항성에 대한 상당한 변형의 원인이 된다.
미래 나노기기의 나노 마찰학에 연관된 잠재적인 이슈들을 부가적으로 지적하면서, 수천 만개보다 많은 분자들과 연관된 모사들은 연구자들로 하여금 잠재적인 해결책을 시험하고 해결하는 데에 도움을 주고 있다.
다양한 잡지에 연구 논문을 발표한 Landman 의 연구그룹은 한정된 표면의 운동과 평행한 평면에서 잘 정렬된 레이어들을 형성하는 다른 분자 유체와 헥사데칸 같은 윤활 분자들의 경향성을 보고하였다. 대략적으로 분자 너비의 몇 배되는 경우, 이러한 정렬된 윤활유들의 점도는 증가하며, 미끄러짐 운동의 다양한 단계에서 평형을 형성하기도 한다.
이런 현상은 한정된 공간으로 윤활유를 짜내는데 필요한 압력의 양을 증가시키며, 필요한 압력은 분자크기에 일치하는 먼 단계들을 보인다. 또한, 레이어와 레이어 사이로 윤활유가 새어 나오는 현상도 벌어진다.
" 이런 액체의 제한은 그것들의 반응에 느린 반응을 야기하기도 하며, 우리들이 일반적으로 사용하는 다른 개념들과 점도들은 덩어리적인 특성들로부터 얻어지는 것이며, 우리가 대답해야 하는 질문들의 하나는 분자 수준에서 같은 개념을 적용시켜 사용하는 것이 적당한 것인가에 대한 것이다." 라고 Landman 은 설명한다.
나노 한정에 의해 유도되는 레이어의 경우, 증가되는 저항은 미래의 기기들을 위해 중요하게 고려되어야만 하는 문제점이 생기는데, Landman 과 그의 동료들은 그것을 해결하기 위해 몇몇 기술들을 제안하였다.:
* 레이어 형성을 방해하는 가지 형태의 긴 체인 분자들을 화학적으로 변형시킴. 연구자들은 가지 형태의 알칸 분자들로 만들어진 나조 한정된 액체들이 낮은 점도를 갖고 있으며, 그 후 같은 분자량의 액체들을 한정하기도 하고, 직선의 체인 분자들을 만들기도 한다. 이런 거동은 상당히 거대한 환경에서 발견되는 것과 반대의 것이다.
* 분자 정렬을 방해하는 한정하는 평면의 표면을 거칠게 함. 정렬된 레이어를 형성하는 것 대신에, 거친 표면에 가장 근접한 분자들은 그것들에 붙으며, 분자들 사이에서 흐름이 없는 분자들을 형성하게 된다. 결과적으로, 표면 형태학의 양식은 윤활 공정과 저항을 조절하는데 사용될 수 있다.
* 무질서의 프러스테이트 (frustate) 상태 속에서 윤활 분자들을 충분히 유지하게 하는 진동적인
방법으로 두 개의 한정하는 표면 사이의 거리를 변화시킴. 1 암스트롱에서 20 암스트롱 사이의 간격
거리를 변화시키는 것은 레이어링을 금지시켜야만 한다. 응용되는 진동의 주파수는 분자 특성 휴식
시간과 윤활유의 점도에 의존하는데, 이것들은 유체 분자들의 구조와 성질에 의해 영향받는다.
정보출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2001/02/010216081925.htm