초록 ▼

연구의 목적 및 내용
- 나노 스케일의 AFM 실험, 나노 스케일의 MD 시뮬레이션을 연동하여 미세 액적 계면 이론 확립을 위한 솔루션 구축 후 계면의 나노 거칠기와 계면 점탄성 간의 관계 규명에 활용
- 나노 스케일의 MD와 마이크로/메조 스케일의 LBM 시뮬레이션을 상호 연동 및 기반으로 에멀젼의 미세 액적 거동 모사를 위한 멀티 스케일 시뮬레이션 시스템 개발
- 개발한 솔루션과 시뮬레이션 시스템을 이용, 에멀젼의 유효 점탄성과 계면 나노 거칠기 간의 관계 규명 및 실험과 비교한 검증

연구결과

연구의 목적 및 내용
- 나노 스케일의 AFM 실험, 나노 스케일의 MD 시뮬레이션을 연동하여 미세 액적 계면 이론 확립을 위한 솔루션 구축 후 계면의 나노 거칠기와 계면 점탄성 간의 관계 규명에 활용
- 나노 스케일의 MD와 마이크로/메조 스케일의 LBM 시뮬레이션을 상호 연동 및 기반으로 에멀젼의 미세 액적 거동 모사를 위한 멀티 스케일 시뮬레이션 시스템 개발
- 개발한 솔루션과 시뮬레이션 시스템을 이용, 에멀젼의 유효 점탄성과 계면 나노 거칠기 간의 관계 규명 및 실험과 비교한 검증

연구결과
• 1차년도:
- < 시뮬레이션 > 단일 액적 계면의 나노 거칠기 해석을 위한 LBM, MD기반 시뮬레이션 알고리즘 개발: 에멀젼을 이루는 액체 방울과 벽면과의 상관관계는 물론 주변유체와 액체방울, 외부 간섭과 액체 방울간의 상호작용을 다룰 수 있는 시뮬레이션을 개발하고 논문으로 발표하였다.
- < 실험 > 선정한 액적을 고정하기 위한 기판의 설계: 액체 고정 및 계면 형태의 투영을 위한 기판을 설계하였다.

• 2차년도:
- < 시뮬레이션 > 외력에 의한 온도장의 변화로 나타나는 Brownian 운동의 특성과 유변학적 특성 변화 해석: 광력에 의한 액적 변화, AFM의 물리적 힘에 의한 액적위의 그래핀의 운동 변화에 대한 해석을 수행하였고 다수의 논문을 발표하였다.

< 실험 > 외력 적용 장치와 AFM을 연동하여, 외력 추가 시 발생하는 액적 계면의 나노 거칠기 변화 측정: 액적 계면과 그래핀의 융착 및 외력을 가하기 위한 AFM 장치의 설치/구성이 완료 되었다.

• 3차년도:
- < 시뮬레이션 > MD와 LBM을 통합한 “에멀젼 통합 시뮬레이션 개발” 및 후속 연구에 대비한 상변화 시뮬레이션: 액적의 계면을 원자 단위로 해석하는 MD와 다수의 액적을 마이크로 스케일에서 해석하는 LBM을 통합하여 원자 단위의 현상부터 시스템 전체 현상까지 모두 풀 수 있는 솔루션을 개발하였다.

- < 실험 > 후속 연구를 위한 액체, 고체 혼합 에멀젼 시스템의 물성치 측정 시스템 개발 및 활용: 호주 시드니 대학과의 공동연구를 통해 액적뿐만 아니라 고체 입자의 표면 물성에 따른 에멀젼 시스템의 물성치 변화를 측정할 실험 시스템을 구축하고 이를 시연하여 논문으로 발표함.

연구결과의 활용계획
• 본 과제의 연구 성과에 앞으로 광력, 고체와의 상호작용에 대한 내용을 포함하여 본 연구를 확장할 것이다.
- 광력을 통해 액적에 변형을 가하여 해당 변형률을 계산하면 점탄성 측정이 더 용이 할 것이며 이러한 연구는 향후 세포의 물성치 측정에도 활용될 수 있다.
- 혈액은 에멀젼 형태로 존재하는 혈장과 연성고체에 가까운 세포들이 섞여 있으므로 연성고체 입자와 에멀젼의 상호작용을 함께 해석하는 기법을 개발하면 혈액에 대한 시뮬레이션 연구가 더 정확해질 것이다.

• 위와 같은 내용을 바탕으로 광력을 추가한 연구는 해외 연구자와 공동 연구를 협의 중이며 연성고체를 추가한 연구는 후속 연구를 진행중에 있다.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose&contents
- Coupling of nano AFM experiment and MD simulation to build solution for fine droplet interface and study of the relationship between nano roughness and interface viscoelasticity.
- Development of multiscale simulation for the behaviour of fine droplet by coupling MD of nanos

Purpose&contents
- Coupling of nano AFM experiment and MD simulation to build solution for fine droplet interface and study of the relationship between nano roughness and interface viscoelasticity.
- Development of multiscale simulation for the behaviour of fine droplet by coupling MD of nanoscale and LBM of micro/meso scale.
- Analysis of the relationship between effective viscoelasticity and interface nano roughness by the multiscale simulation, and validation by experiment.

Result
• First Year:
- < Simulation > Development of LBM & MD based simulation algorithm for the analysis of single bubble interface nano roughness: Along with the relationship between bubble and wall surface creating emulsion, the relationship of surrounding fluid and fluid bubble, the relationship of external force and fluid bubble have been analyzed by development of simulation and published to paper.

- < Experiment > Designing the board to fix droplet: A board have been developed in order to fix the fluid and project the shape of interface.

• Second Year:
- < Simulation > Analysis of rheological behaviour and Brownian motion driven by the change of temperature field due to external force: Change of droplet by illuminating power, and change of graphene movement by physical force by AFM are analyzed and published by few papers.

- < Experiment > Couping the external force device and AFM to measure the change of nano roughness of droplet interface due to external force: AFM system has been set up to fuse droplet interface to graphene and apply external force.

• Third Year:
- < Simulation > Simulation of phase change for "Integrated Emulsion Simulation Development" and follow-up studies by the integration of MD and LBM: By coupling MD(which analyzes the droplet interface in atam scale) and LBM(which analyzes multiple droplet in micro scale), an integrated solution system was developed which can solve the droplet problems from aton scale to entire system scale.

- < Experiment > Development and application of fluid&solid material property measuring system for follow-up studies: By joint study with the university of Sydney(Australlia), an experiment system was developed and published, which can measure the change of material property of emulsion system by both droplet and solid particle surface properties.

Expected Contribution
• From the outcome of this study, the study will be extended by including the interaction between illuminating power and solid.
- If the strain rate of droplet deformation can be measured by applying the illuminating power, it would be easier to measure the viscoelasticity, which can aid the future study of measuring cell properties.
- As blood is a mixture of plasma and cells which are soft matters, if a new technique can be developed which can solve the interaction between soft matter and emultion simultaneously, it would be able to perform more accurate simulation analysis.

• As mentioned above, the joint project with foreign researchers which includes illumination power is on the consultation, while follow-up study with soft matter is on the progression.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 24 5. 연구결과의 활용계획 ... 27 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 27 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 27 8. 참고문헌 ... 28 9. 연구성과 ... 29 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 40 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 40 12. 기타사항 ... 41별첨1 ... 42별첨2 ... 54끝페이지 ... 71