동아대 이헌상 교수.(사진=동아대 제공)

동아대학교는 화학공학과 BK-21 교육연구단 이헌상 교수팀의 나노·바이오·고분자 유체이론연구가 저명 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈’와 미국 물리학협회에서 발간하는 ‘유체물리학’에 연이어 게재됐다고 14일 밝혔다.

이번 연구는 해외 유명 대학에서 이헌상 교수에게 실험 결과에 대한 이론적 해석을 요청해 이뤄진 국제공동연구로, 이 교수가 이끄는 동아대 화학공학과 BK 교육연구단의 연구 국제화 수준을 높였다는 의미가 있다.

‘초고농도 그래핀의 파일럿 스케일 공정(샘플용 생산라인)과 안정성’에 대한 이번 연구논문은 약 2년 간의 공동연구 끝에 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈’ 12월호에 게재됐다.

이 교수가 공동 교신저자로, 이론 계산에 참여한 박사과정 최경민 학생이 공동저자로 이름을 올렸다.

앞서 이 교수는 ‘배제 부피를 고려한 콜로이드 안정성 이론’에 관한 논문을 지난 2021년 발표한 바 있으며, 호주 멜버른 대학의 단리 교수와 징우한 시옹 박사 팀은 그래핀(graphene) 분산액을 파일럿(샘플) 수준으로 대량 생산하는 공정을 개발하고 있던 중이었다.

멜버른 대학 연구팀은 매우 높은 농도의 그래핀 분산액이 안정적인 이유를 찾기 위해 이 교수가 연구한 이론으로 고농도 그래핀 분산액의 안정성을 해석해 줄 수 있는지를 이 교수에게 요청하며 이번 연구가 진행됐다.

이 교수는 ‘온사거(Onsage)의 밀도범함수 이론’과 그가 직접 연구한 ‘배제부피를 고려한 안정성 이론’을 이용, 아주 높은 고농도 그래핀 분산액이 한 방향으로 정렬하지 않으면서도 안정적인 무정형 구조가 형성될 수 있다는 것을 완벽하게 입증했다.

그는 “해외 유명 대학에서 제 논문을 보고 이론적 해석을 요청해 이뤄진 국제 공동 연구가 좋은 연구 성과로 이어져 뜻깊다”며 “이번 공동연구를 계기로 다른 나노 제조공정에 대해서도 외국 유명 대학들과 협력 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.

이 교수 연구팀은 또 열역학적으로 혼화성이 있는 유체가 특정한 흐름 조건에서 섞이지 않는 ‘젖음모세관담화 현상’을 발견, 미국물리학협회에서 발간하는 ‘유체물리학’ 12월호에 논문을 게재했다.

이 논문은 박사과정 아샤르 후세인·최경민 학생이 제1저자, 석사과정 김현수 학생이 공동저자, 이 교수가 교신저자로 이름을 올렸다.

이번 연구 결과에 따르면 물과 잘 섞이는 소금물과 설탕물도 특정한 흐름 조건에서 물과 섞이지 않으며, 혈액도 물 또는 알코올 등과 섞이지 않는 흐름이 구현된다.

이번 연구로 개발한 기술은 소량의 혈액 흐름, 혈액 약물 전달, 고분자 공정, 독성 물질의 해양 오염 등 광범위한 분야에 미치는 영향이 클 것으로 예상되며 후속 연구가 진행 중이다.

이 교수는 “삼투 표류에 의한 확산이 제어되는 흐름 조건에서 혼화성 유체가 섞이지 않고 변형되는 ‘젖음모세관담화’ 현상은 유체역학 분야에서 최초로 보고한 현상으로 이에 대한 이론과 실험방법 개발을 완료했다”며 “정밀화학소재 공학이론 연구는 하드코어 연구 분야이기 때문에 연구자가 많지 않다. 기초공학 분야가 미래 먹거리 창출에 중요하므로 국내에서도 응용공학 못지않은 관심과 지원이 좀 더 있었으면 한다”고 밝혔다.

한편 이 교수는 나노·고분자·액정·바이오 유체와 같은 연성물질의 통계양자역학·열역학·유체역학·유변학 등을 포괄한 ‘통섭역학’ 분야에서 이론 및 실험방법을 연구하고 있으며, 이를 아우르는 통섭역학 교과서도 집필 중이다.