안상민 교수와 서울대 제원호 교수, 충북대 이만희 교수, 삼성종합기술원 김봉수 박사로 이뤄진 팀은 나노스케일 물에 의한 나노 표면 마찰력 증가로 인한 스틱-슬립 현상을 보고하였다.

마찰력은 두 물체의 표면을 맞닿은 후 측면으로 밀 때, 움직이지 못하도록 방해하는 힘이다. 마찰력이 없이는 우리는 걸을 수도 물건을 잡을 수도 없다. 마찰력의 근원은 눌리는 힘에 의해 접촉된 부분이 순간적으로 붙는 냉용접 현상으로 설명할 수 있는데, 이렇게 붙여진 상태를 떼어 내기 위해서 어느 이상의 힘(정지마찰력)을 가해야만 움직이게 되는 것이다. 움직이면서도 계속 마찰력(운동마찰력)을 느끼면서 진행하게 되고, 움직이다 붙여지는 영역이 많아지는 지점을 만나게 되면 다시 멈추고 또 다시 일정한 힘 이상을 가하면 움직이게 되는 스틱-슬립(Stick-Slip) 현상을 보게 된다. 의자를 끌 때 "드르륵"하는 것이나 공작기계에서 "덜덜덜"하는 것도 이러한 모션에 해당된다.

이러한 슬립-스틱 현상은 단순히 두 표면 간의 접촉되는 부분의 정지마찰력과 운동마찰력의 반복 작용이라고 여겨져 왔었는데, 본 연구에서는 접촉되는 작은 영역 사이에 끼어진 나노스케일 물이 두 표면을 수직으로 당겨주는 힘에 의한 마찰력 증가 현상과 함께 나노스케일 물의 량이 증가함에 따라 보이지 않았던 슬립-스틱 현상을 야기시킬 수 있음을 자체제작한 원자힘 현미경으로 확인하였다.

본 연구는 나노 분야의 세계적 저널인 『Nano Research (IF = 8.897)』에 5월호에 게재되었다(논문명: Capillary grip-induced stick-slip motion).

링크: https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-022-4348-9