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화학과 팽기욱 교수 연구팀, 디바인-스톡스-아인슈타인 식 깨짐 현상 규명

  • POSTED DATE : 2022-08-29
  • WRITER : 화학과
  • HIT : 88
  • Research Areas : Physical Chemistry
  • Researcher : 팽기욱 교수 연구팀

화학과 팽기욱 교수 연구팀, 디바인-스톡스-아인슈타인 식 깨짐 현상 규명

- 컬럼비아대 Laura J. Kaufmann 교수 연구팀과 공동연구


화학과 팽기욱 교수 연구팀이 컬럼비아대학교 Laura J. Kaufmann 교수 연구팀과 공동으로 단일 분자 측정을 통해 유리전이온도 근처에서 폴리스티렌 고분자의 ‘디바인-스톡스-아인슈타인 식’ 깨짐 현상을 규명했다고 29일 밝혔다.


고분자 및 비결정질 고체를 형성하는 물질은 유리전이온도 근처에서 매우 특이한 동역학적 성질을 가지기 때문에 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그중 고분자의 ‘회전 확산 계수’와 ‘병진 확산 계수’의 비율이 온도에 따라 일정하다는 디바인-스톡스-아인슈타인 식이 유리전이온도 근처에서는 맞지 않는 현상이 나타난다는 것이 알려져있지만 단일 분자의 회전과 병진 확산을 동시에 측정하여 이를 명확하게 연구한 결과는 아직까지 없었다.


팽기욱 교수 연구팀은 위 현상 규명을 위해 컬럼비아대학교 Laura J. Kaufmann 교수 연구팀과 공동연구를 수행하였으며 단일 분자 측정을 통해 유리전이온도 근처에서 폴리스티렌 고분자의 회전과 병진 운동을 동시에 측정하여 디바인-스톡스-아이슈타인 식 깨짐 현상을 연구하였다. 폴리스티렌 고분자에서 단일 분자 측정 결과 유리전이온도 근처에서 병진 확산 계수가 디바인-스톡스-아인슈타인 식으로 예측한 것보다 거의 400배 높게 나타나는 것을 확인하였다.


이번 연구는 단일 분자 수준에서 회전과 병진 확산을 동시에 관측하여 디바인-스톡스-아인슈타인 식 깨짐 현상을 최초로 규명하였다는데 의의가 있으며 이를 통해 유리전이온도 근처에서 병진 확산이 매우 빠르게 일어나는 현상이 병진 이방성 움직임과 밀접하게 관련되어 있다는 것을 밝혔다.


본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 진행되었으며 연구결과는 화학 분야 국제 학술지인 Nature Communications(IF=17.69)에 6월 23일 게재되었다.


※ 논문명: Single molecule demonstration of Debye–Stokes–Einstein breakdown in polystyrene near the glass transition temperature

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31318-z