“커피 얼룩은 왜 동그란 띠 모양으로 남을까?“
POSTECH 원병묵․제정호 교수팀, 커피 얼룩 원인 규명

커피를 마시다 옷이나 책상에 흘리면, 동그란 띠 모양의 얼룩이 남는다. 일상에서 자주 볼 수 있는 이 현상은 전자소자나 생체소자를 만드는 최첨단 잉크젯 인쇄 공정에서도 흔히 일어난다. ‘커피 얼룩 효과’라고도 불리는 이 현상은 고품질 소자 제작에 큰 걸림돌이 되어 왔다.

POSTECH 신소재공학과 원병묵 연구교수․제정호 교수팀이 이 ‘커피 얼룩 효과’의 원인이 ‘나노입자’가 액체 방울의 퍼짐을 억제하기 때문이라는 사실을 밝혀내 물리학 분야의 최고 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 최신호를 통해 그 연구결과를 발표했다. 이 연구팀은 1년간 이 학술지에만 3편의 논문을 게재, 학계에서도 주목을 끌고 있다.

연구팀은 액체 방울에 미량의 나노입자를 넣으면 유리표면 위에서 액체 방울이 퍼지는 정도가 변화한다는 것을 실시간 광학 영상을 통해 관찰했다. 그리고 그 원인을 밝히기 위해 실시간 공초점 현미경으로 각각의 나노입자를 추적하자, 나노입자가 액체 방울 가장자리에 임계 농도만큼 쌓일 때 액체의 퍼짐이 멈춘다는 것을 알아냈다.

그리고 액체의 퍼짐이 멈추면 액체 방울 가장자리에서 액체의 증발이 더욱 빠르게 일어나게 되며, 증발하면서 손실된 액체를 보충하기 위해 가장자리를 향해 액체가 흐른다. 이 때, 나노입자가 가장자리에 더 많이 쌓이면서 ‘동그란 띠’ 모양의 얼룩으로 남는 것이다.

연구팀은 “이 연구는 특히 유기소자, 태양전지나 생의학소자 제작에 활용되는 첨단 인쇄 기법에서 균일한 코팅을 얻도록 하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행됐다.