주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 전은지 교수 연구실, 표면 미세 거칠기의 영향을 반영하는 새로운 기체-표면 상호작용 모델 개발
  • 관리자 |
  • 2025-09-29 09:47:24|
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   기체-표면 상호작용(Gas-Surface Interaction)은 기체와 고체 표면 사이의 운동량 및 에너지 교환을 설명하는 근본적인 물리 현상이다. 기체 입자의 입사 에너지에 따라 상호작용의 양상은 크게 두 가지로 나뉜다. 에너지가 낮은 '열 산란(thermal scattering)' 영역에서는 표면의 열적 진동이 주된 영향을 미치지만, 에너지가 높은 '구조 산란(structure scattering)' 영역에서는 입자가 표면 깊숙이 침투하며 원자 단위의 미세한 굴곡, 즉 표면 거칠기(corrugation)와의 상호작용이 지배적이다. 이처럼 에너지에 따라 물리 현상이 전환되기 때문에, 광범위한 작동 환경을 정확히 예측하기 위해서는 두 영역을 모두 아우를 수 있는 통합 모델이 필수적이다. 하지만 기존의 맥스웰(Maxwell) 모델이나 CLL(Cercignani–Lampis–Lord) 모델은 열 산란은 잘 모사하지만 표면을 매끄럽게 가정하여 구조 산란을 표현하지 못했고, 표면 거칠기를 도입한 워시보드(washboard) 모델은 물리적 일관성(reciprocity)을 만족하지 못하는 한계가 있다. 이를 해결하기 위한 워시보드-CLL 하이브리드 모델 또한 입사하는 입자의 속도와 무관하게 항상 동일한 수준의 표면 거칠기를 적용하여, 고속의 입자가 더 강한 거칠기를 경험하는 실제 물리 현상을 반영하지 못한다.

   KAIST 항공우주공학과의 비평형 기체 플라즈마 연구실(지도교수: 전은지)에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 입사 속도에 따라 표면의 거칠기 효과를 다르게 적용하는 새로운 기체-표면 상호작용 모델인 ‘표면 거칠기 CLL 모델(Corrugated CLL model)’을 개발하였다.

   이 모델은 기존의 하이브리드 접근법을 기반으로 하되, 고속의 입자가 표면에 더 깊이 침투하여 더 큰 표면 거칠기를 경험하는 물리적 현상을 속도 의존적 거칠기를 통해 반영하였다. 원자 빔 산란 실험 데이터를 통해, 표면 거칠기 CLL 모델은 광범위한 에너지 영역에서의 산란 현상을 정확히 모사할 수 있음을 검증하였다.
박웅휘 박사과정이 제1저자로 참여한 본 연구 성과는 2025년도 Physics of Fluids 저널 제37권 제9호에 게재되었다. (IF: 4.1, JCR 분야 상위 5%)

논문명: Velocity-dependent surface corrugation in gas-surface scattering
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0276122

 
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