물과 기름을 섞기 위해서는 무엇보다 기름입자를 나노크기(10억분의 1 m) 수준으로 만드는 것이 중요하다. 그렇지 않을 경우, 기름입자는 서로 응집하게 되어 짧은 시간 내에 물과 분리되기 쉽다.
연구팀은 ‘초음파 집속 장치’를 통해 기름입자를 수십 나노미터(nm) 크기로 분산시키는데 성공했다. 원통형 압전자를 이용해 제작된 이 장치는 물과 기름의 혼합 용액에 약 500kHz의 고주파수를 조사해 원통 중앙에 강력한 에너지를 집속시키는 것이 특징이다.
이 장치는 초음파로 인해 압력과 고온이 발생하는 공동현상(Cavitation)을 최대로 높여 물속의 기름입자를 작게 분해한다. 또한 용액을 순환시킬 수 있도록 설계돼 균질하게 분산이 가능하며, 대량생산이 용이할뿐만 아니라 자동화 연속 공정으로도 구현이 가능하다.
연구팀은 실제 이 장치를 활용해 대표적인 화장품 성분으로 많이 쓰이는 세티올 오일과 천연 올리브 오일을 계면활성제를 사용하지 않고 각각 증류수와 섞었다. 6개월이 지난 지금도 나노에멀전 형태로 안정되게 분산돼 있는 것을 확인했다.
이 기술을 활용하면 앞으로 계면활성제 없는 친환경 화장품, 반도체, 페인트, 잉크, 의?제약, 음료 및 약물전달물질 등 다양한 분야의 분산 공정에 활용이 가능할 전망이다.
추민철 박사는 “이번 성과는 물과 기름을 실온에서 계면활성제를 전혀 사용하지 않고 안정적으로 혼합할 수 있는 현존 유일의 기술”이라며 “인체 친화적 화장품뿐만 아니라 의료, 식품분야에서도 쓰일 수 있기 때문에 산업적, 사회적 파급효과가 매우 큰 성과”라고 말했다.
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