나노-규모 열전달의 분자 역학적 모사(Molecular dynamics simulation in nanoscale heat transfer)

전문가 제언

□ 고전적인 유체역학이나 열전달 이론은 유체를 동일한 성질을 가진 연속적인 매체로 보고 그 물성은 일정하거나 또는 선형으로 변한다고 본다. 여기에 운동량 보전의 법칙, 에너지 보전의 법칙 및 물질 보전의 법칙을 적용하여 운동량의 구배, 온도 구배, 또는 농도의 구배를 기초로 온도의 변화나 열의 이동 현상을 계산하였다. 이것이 "연속체 이론(Continuum Theory)"이다.

○ 그러나 10 억분의 일 미터의 나노-규모의 세계에서는 뉴턴의 운동의 법칙을 기반으로 한 이 연속성 이론으로는 문제 해결에 한계가 있다. 여기에서는 분자 또는 원자 하나하나를 연속된 매체로 볼 수 없음으로 각각 독립된 입자로 보고 이들이 서로에게 미치는 상호작용을 포함하고 또 그 분자 간의 상호작용의 반대 방향으로 작용하는 반 데어 발스 힘도 계산해야 하기 때문이다.

□ 따라서 나노의 세계에서는 각 분자 또는 원자 하나하나에게 각각 뉴턴의 운동의 법칙을 적용하여 그 잠재력을 계산한다. 여기에 각 입자는 Lennard-Jones의 12-6승 식이나 또는 8-4 식을 사용하여 계산한 가상의 분자 또는 원자이다. 그럼에도 불구하고 무한에 가까운 그 많은 입자 모두를 수많은 시간 단계로 나누어 다루기에는 현재의 컴퓨터의 계산 능력이 감당할 수 없다.

○ 그 해결책은 이 계산 능력과 입자의 수를 타협하여 결정하는 것으로 보통 만 개 이하의 입자를 계산 대상으로 하여 이들의 열적 행태를 추적하는 방법을 사용한다.

□ 이러한 방법으로 본문은 액체-액체 간, 액체-기체(증기) 간, 액체-고체 간 그리고 액체-기체-고체 간의 나노 입자들이 서로에게 영향을 주는 상호작용을 계산하여 표면장력, 액체의 증발과 기체의 응축, 용액 중의 계면활성제의 역할, 핵생성과 상변화, 고체 표면 위의 기질의 코팅, 고체 표면에서 액체의 고체화, 입자 간의 응집 등 현재 공업에서 사용하는 기술의 나노-규모적인 해석을 소개하였다.

□ 21세기를 대표하는 기술로 IT, BT와 함께 이 나노 기술(NT)이 지목 되고 있다. 본문은 아직도 초보적이며 기초적이지만 이 기술을 열전달 부문에 적용하여 고전 열전달 이론을 재해석함으로서 이 고전적 방법과 새로운 나노-규모적인 해석이 서로 일치하는 경우와 서로 다른 결과를 가져오는 경우를 제시하였다. 앞으로 이 방면의 연구가 더욱 활성화 되리라는 점은 의심의 여지가 없다.

저자

Poulikakos, Dimos; Maruyama, Shigeo; Arcidiacono, S

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2003

권(호)

7(3)

잡지명

Microscale Thermophysical Engineering

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

181~206

분석자

김*설

분석물

• 나노-규모 열전달의 분자 역학적 모사.pdf [236,184 byte]

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