동아대학교는 화학공학과 이헌상 교수 연구팀이 완전 혼합성 유체에서 오랫동안 유지되는 계면(경계면)의 생성과 지속, 붕괴 메커니즘을 하나의 틀에서 설명하는 '자유에너지 공진화 변분원리'를 도출하고 계면의 수명까지 정량적으로 예측하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

서로 완전히 섞일 수 있는 유체가 맞닿는 현상은 생명체 세포 내부와 인체, 산업 화학공정, 해양 환경 등 자연과 기술 시스템 전반에서 흔히 관찰된다.

그러나 유체들이 접촉한 후 즉시 섞이지 않고 일정 시간 계면을 유지하는 구체적인 물리적 원리는 1893년 JD 반 데르 발스의 계면 이론 발표 이후 130여년간 규명되지 않은 난제로 남아있었다.

이 교수 연구팀은 '자유에너지 지형'과 '계면 농도장'의 쌍대 결합(dual pairing) 및 자기일관적 공진화(self-consistent co-evolution) 원리로 난제를 풀었다.

기존 이론은 정해진 지형이 물의 흐름을 결정하거나 물 흐름이 먼저 지형을 바꾸고 그 변화가 다시 흐름에 영향을 주는 순차적인 방식으로 접근했지만, 이 교수 연구팀은 지형과 물의 흐름이 하나의 상태를 이루며 동시에 함께 변하는 공진화 원리로 발상을 전환한 것이다.

연구팀은 이를 활용해 계면의 생성과 지속, 두꺼워짐, 그리고 최종 붕괴에 이르는 전 과정을 하나의 이론적 틀로 연결했고, 화학적 성질이 전혀 다른 유체들에서도 계면 수명을 정량적으로 예측했다.

이 같은 성과를 담은 논문은 지난 23일 국제 학술지 '커뮤니케이션스 피직스(Communications Physics)'에 게재됐다.