우리 연구실은 전자기 유체역학의 본질과 이동현상에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 전자기 유체역학은 전기적, 자기적, 화학적, 기계적 현상이 복합적으로 작용하는 다중물리(multiphysics) 환경에서 유체의 거동을 이해하는 학문입니다. 이러한 연구는 미세유체 시스템, 나노유체 시스템 등 다양한 첨단 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이동현상은 물질, 에너지, 전하 등이 공간적으로 이동하는 현상을 의미하며, 본 연구실에서는 미세 및 나노 스케일에서의 이동현상에 초점을 맞추고 있습니다. 특히, 이온의 이동, 전기장 및 자기장 하에서의 유체 흐름, 그리고 이와 관련된 열 및 질량 전달 현상을 정량적으로 분석하고 있습니다. 이를 위해 화학공학, 기계공학, 전기공학의 원리를 융합하여 새로운 이론적 모델과 실험적 방법론을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 전기투석, 전기화학적 셀, 촉매 반응, 미세유체 칩 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 특히, 에너지 효율적인 담수화, 고감도 바이오센서, 신개념 미세유체 제어 기술 등 미래 산업에 필수적인 핵심 원천기술로 발전할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이온 농도 분극(ICP)은 미세 및 나노 스케일의 도메인 경계에서 발생하는 이온의 선택적 이동 현상으로, 미세유체 및 나노유체 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 본 연구실에서는 이온 선택적 막, 전기투석 시스템, 전기화학적 셀 등에서 발생하는 이온 농도 분극 현상을 정밀하게 분석하고, 이를 기반으로 한 새로운 응용 기술을 개발하고 있습니다. ICP는 이온의 농도 차이에 의해 형성되는 이온 고갈 영역과 이온 농축 영역을 만들어내며, 이러한 현상은 담수화, 입자 전농축, 바이오 분석 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 전기수력학적 불안정성(Electroconvective Instability)은 이온 선택적 표면에서 전기장이 가해질 때 발생하는 혼돈적인 유체 흐름 현상입니다. 이 불안정성은 이온의 농도 분포를 효과적으로 혼합시켜 질량 이동을 촉진하고, 에너지 효율을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 본 연구실은 이러한 불안정성의 발생 메커니즘을 규명하고, 이를 제어하기 위한 병렬 컴퓨팅 기반 해석 및 실험적 접근을 병행하고 있습니다. 이와 같은 연구는 에너지 효율적인 전기투석 담수화 시스템, 고성능 미세유체 칩, 나노입자 분리 및 농축, 바이오센서 개발 등 다양한 첨단 기술의 기반이 됩니다. 특히, 전기수력학적 불안정성과 이온 농도 분극 현상의 상호작용을 이해함으로써, 기존 시스템의 한계를 극복하고 새로운 혁신적 솔루션을 제시할 수 있습니다.

디퓨시오포레시스(diffusiophoresis)는 농도 구배에 의해 외부 동력 없이 하전된 입자가 이동하는 현상으로, 본 연구실에서는 이 현상을 이용한 무전원 미세유체 제어 기술을 연구하고 있습니다. 디퓨시오포레시스는 오일 회수, 바이오분자 조작, 자가 추진 마이크로스위머 등 다양한 분야에서 외부 에너지 공급 없이 효율적인 입자 이동 및 분리가 가능하다는 장점이 있습니다. 특히, 본 연구실은 나노공학적 접근을 통해 미세유체 내에서의 디퓨시오포레시스 현상을 정량적으로 분석하고, 이를 활용한 신개념 미세유체 칩 및 분리장치 개발에 주력하고 있습니다. 이를 위해 실험적 방법과 수치해석을 병행하여, 다양한 농도 구배 조건에서의 입자 이동 메커니즘을 규명하고 있습니다. 또한, 디퓨시오포레시스 기반의 무전원 담수화 기술, 바이오분자 농축 및 정제 기술 등 실용적인 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 에너지 절감형 환경정화, 바이오의료 진단, 신소재 개발 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있으며, 미래형 친환경 기술의 핵심 원천기술로 자리매김할 수 있습니다. 무전원 미세유체 제어 기술은 기존의 외부 동력 의존적 시스템의 한계를 극복하고, 보다 단순하고 효율적인 시스템 구현에 기여할 것으로 기대됩니다.