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이 글에서는 나노전기유체역학에 대한 중요성과 주요 특성 및 응용할 수 있는 분야에 대해 소개하고자 한다.
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| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 현대산업사회의 발전을 가져온 가장 큰 원동력은 무엇인가? | 현대산업사회의 발전을 가져온 가장 큰 원동력은 증기기관의 발명과 더불어 전기의 이해와 전기기기의 발전이라 할 수 있다. James Clerk Maxwell (1831-1879)에 의해 1800년대 정립된 전자기학은 전자를 전기장 및 자기장을 이용하여 제어할 수 있는 이론을 제창하였고, 이를 기반으로 전기기기의 발전을 가속화할 수 있었다. | |
| 반도체의 동작원리는 무엇인가? | 이후 William Bradford Shockley(1910-1989) 등에 의해 발명된 트랜지스터는 깨지기 쉬운 진공관을 대체하며 전자/전기기기 개발에 일대 혁명을 불러왔고, 오늘날 일상생활에 없어서는 안 될 다양한 제품의 핵심 부품으로 활용되고 있다. 반도체의 동작 원리를 간략하게 설명하면, 인공적으로 제작한 나노구조물에서 전자기장을 이용하여 전자를 제어하는 것이다. 하지만 자연적으로 형성된 나노구조물은 어떤 역할을 수행하고 있는지 살펴보기 위해서 간단한 예를 들어 본다. | |
| 농도분극의 두드러진 특성은 무엇인가? | 이 가운데 전기를 이용한 방식이 앞서 소개한 ED인데, 기본 원리는 전해질에 담지된 이온선택성 막을 가로지르 게 전기장을 인가하여 주면 막과 동일한 극성의 이온은 나노막을 통과하지 못하고, 막과 반대 극성의 이온 만이 나노막을 통과하게 되어 그림 1(a)에서 보듯이 나노막 양단에 전해질 농도가 급격히 낮아지는 영역 (IDZ : Ion Depletion Zone)과 높아지는 영역(IEZ : Ion Enrichment Zone)으로 분극(polarization)이 일어나게 되어 이를 농도분극(CP : Concentration Polarization) 현상이라 명명하게 되었다(여기서 이온선택성은 전하를 띠고 있는 벽면이 나노스케일로 가까워지면, 양쪽 벽면으로부터 형성된 전기이중층이 서로 영향을 주게 되어 마치 양극의 환경 또는 음극의 환경이 나노포어 내부에 형성되는 것을 말한다). CP의 가장 두드러진 특성은 IDZ 및 IEZ의 발생과 더불어 막 근처 전해질에서 유동이 매우 불안정화되며, 그림 1(b)에서 보듯이 나노막을 통과하는 전류가 선형적 Ohmic 영역으로부터 시작하여, IDZ로 인해 고갈된 이온전류의 정체가 관찰되는 한계전류(limiting current) 영역을 거쳐, 기존의 diffusion-drift 식으로는 설명이 되지 않는 이온전류의 큰 상승인 과한계 전류 영역(overlimiting current)이 관찰된다는 것이다. 전기유체역학의 바이블이라 일컬어지는 Introduction to physicochemical hydrodynamics 라는 책에서조차 과한계전류는 실험적 오류 (nonideal)라고 언급되어 있다. |
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