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연성물질

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목차

1. 개요

연성물질은 원자나 분자 구성 요소로부터 예측하기 어려운 거동을 보이는 물질로, 중간 규모의 물리적 구조로 자기 조직화되는 특성을 갖는다. 이러한 중간 규모 구조의 조립은 낮은 에너지로 제어되며, 열적 및 기계적 변형을 허용한다. 연성물질은 고분자, 액정, 콜로이드, 계면활성제, 겔, 거품, 생체막 등 다양한 종류가 있으며, 역학적 거동이 변형 속도에 따라 달라지는 점탄성을 나타낸다. 연성 물질 연구는 아인슈타인의 브라운 운동 연구에서 시작되었으며, 피에르 질 드 젠의 연구를 통해 연성 물질의 보편성에 대한 이해가 발전했다. 연성 물질은 디스플레이, 재료 과학, 생명 과학, 의학, 화장품 및 식품 등 다양한 분야에 응용된다.

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연성물질
개요
종류물질의 한 종류
정의외부 힘에 의해 쉽게 변형될 수 있는 물질
특징고체와 액체의 중간적인 성질을 가짐
관련 분야물리학, 화학, 재료공학, 생물학
연성 물질의 예
고분자플라스틱, 고무, 섬유
콜로이드우유, 페인트, 안개
액정LCD 디스플레이
계면활성제비누, 세제
생체 물질세포, 단백질, DNA
연성 물질의 물리적 성질
점탄성점성과 탄성의 성질을 동시에 가짐
항복 응력특정 응력 이상에서 변형 시작
자기 조립스스로 질서를 형성하는 능력
브라운 운동입자의 불규칙한 운동
연성 물질 연구 분야
유변학물질의 흐름과 변형 연구
콜로이드 과학콜로이드 시스템의 성질 연구
고분자 물리학고분자의 물리적 성질 연구
액정 물리학액정의 물리적 성질 연구
생물물리학생체 시스템의 물리적 성질 연구
응용 분야
산업화장품, 식품, 페인트, 접착제
의학약물 전달, 조직 공학
기술디스플레이, 센서, 에너지 저장

2. 특징

연성물질은 원자 또는 분자 구성 요소로부터 직접 예측하기 어려운 방식으로 흥미로운 거동을 보인다. 연성물질은 중간 규모의 물리적 구조로 자기 조직화되는 공통적인 성향을 나타낸다.

강성률이 고체보다 작고, 외력에 대한 응답이 크며 점탄성을 나타내는 경우가 많아 "소프트"한 물성을 보인다. 이러한 특성들은 외부 자극을 통해 초기 상태로 복구할 수 있어 연구에 활용된다.[24][25]

2. 1. 중간 규모 구조

연성물질의 특징을 정의하는 것은 물리적 구조의 중간 규모이다. 이 구조는 미세 규모(원자와 분자의 배열)보다 훨씬 크지만, 물질의 거시적(전반적) 규모보다 훨씬 작다. 이러한 중간 규모 구조의 특성과 상호 작용이 물질의 거시적 거동을 결정할 수 있다.[20] 이러한 중간 규모 구조를 형성하는 많은 수의 구성 요소와 이로 인해 발생하는 많은 자유도는 대규모 구조 사이에 일반적인 무질서를 초래한다. 이러한 무질서는 경질 물질의 특징인 장거리 질서의 손실로 이어진다.[21]

예를 들어, 흐르는 액체 내에서 자연적으로 발생하는 난류 소용돌이는 액체의 전체 양보다 훨씬 작지만, 개별 분자보다 훨씬 크며, 이러한 소용돌이의 출현은 물질의 전반적인 흐름 거동을 제어한다. 또한, 거품을 구성하는 기포는 개별적으로 방대한 수의 분자로 구성되어 있지만, 거품 자체는 많은 수의 이러한 기포로 구성되어 있으며, 거품의 전체적인 기계적 강성은 기포의 결합된 상호 작용으로부터 나타나기 때문에 중간 규모이다.

개별 인지질이 콜로이드(리포솜과 미셀) 또는 막(이중층 시트)으로 자가 조립되는 모습


연성물질 구조의 전형적인 결합 에너지는 열 에너지와 유사한 규모이다. 따라서 구조는 지속적으로 열적 변동의 영향을 받으며 브라운 운동을 겪는다.[20]

연성 물질은 고분자, 액정, 콜로이드, 계면활성제 등 다양한 물질을 지칭하지만, 연성 물질의 구성 단위는 거대 분자 또는 분자의 큰 집합이라는 공통점을 가진다.[51] 이러한 거대 분자 또는 분자의 큰 집합에서는 고체 결정에서 보이는 것과 같은 3차원 장거리적 질서가 없지만, 액체와 비슷한 정도의 국소적인 질서는 반드시 존재한다. 그 스케일은 수 나노미터에서 수백 나노미터 정도의 메조스코픽 영역이다.

2. 2. 낮은 에너지 결합

연성물질의 거시적 물질을 형성하는 중간 규모 구조의 조립은 낮은 에너지에 의해 제어되며, 이러한 낮은 에너지 결합은 물질의 열적 및 기계적 변형을 허용한다.[18] 이와는 대조적으로, 경질 응집 물질 물리학에서는 분자가 중간 규모에서 패턴 변화 없이 결정 격자로 배열되어 있기 때문에 물질의 전반적인 거동을 예측할 수 있는 경우가 많다. 열적 또는 기계적 교란으로 인해 작은 왜곡만 발생하는 경질 물질과 달리, 연성물질은 미세한 구성 요소의 국부적인 재배열을 겪을 수 있다.[19]

연성물질 구조의 전형적인 결합 에너지는 열 에너지와 유사한 규모이다. 따라서 구조는 지속적으로 열적 변동의 영향을 받으며 브라운 운동을 겪는다.[20] 변형의 용이성과 저에너지 상호 작용의 영향으로 중간 규모 구조의 느린 역학이 자주 발생하며, 이는 일부 시스템이 평형 화학에서 벗어나 준안정성 상태로 유지될 수 있게 한다.[22][23]

운동 에너지의 관점에서 볼 때 "부드러운", "딱딱한"이라는 성질은, 대략적으로 말하면 전자가 분자 운동 에너지 k_BT에 가깝고, 후자가 k_BT보다 훨씬 작다고 특징지을 수 있다. 즉, 외부 자극에 대해 큰 내부 자유도를 가지고 느린 응답을 보인다.

2. 3. 자기 조립



연성물질은 그 원자 또는 분자 구성 요소로부터 직접 예측하기 어려운 방식으로 흥미로운 거동을 보인다. 연성물질은 중간 규모의 물리적 구조로 자기 조직화되는 공통적인 성향을 나타내기 때문에 이러한 특성을 보인다.[18] 자기 조립은 연성물질 시스템의 고유한 특성이다. 특유의 복잡한 거동과 계층적 구조는 시스템이 평형으로 진화함에 따라 자발적으로 발생한다.[20] 자기 조립은 결과 구조가 열역학적 자유 에너지 최소값에 기인하는 경우 정적, 시스템이 준안정 상태에 갇힌 경우 동적으로 분류될 수 있다.[26] 동적 자기 조립은 동역학적 포획을 통해 이러한 준안정 상태를 가진 연성 물질의 기능적 설계를 위해 활용될 수 있다.[18][27]

2. 4. 점탄성

연성물질은 탄성과 점성을 모두 가지며, 외부 자극에 대한 반응으로 나타난다.[22] 이러한 자극에는 전단 유도 흐름 또는 상 전이 등이 있다. 그러나 과도한 외부 자극은 비선형 반응을 일으키기도 한다.[1][28] 연성물질은 균열 전파 전에 매우 심하게 변형되는데, 이는 일반적인 파괴 역학 공식과는 크게 다르다.[19] 레올로지는 응력 하에서의 변형을 연구하며, 연성물질의 벌크 특성을 조사하는 데 자주 사용된다.[22]

연성 물질의 주요 특징 중 하나는 역학적 거동이 변형 속도에 따라 달라진다는 점이다. 즉, 대부분의 연성 물질은 변형 속도가 빠르면 유동적으로, 느리면 탄성적으로 거동하는 점탄성을 보인다. 예를 들어, 접시에 담긴 젤리를 손가락으로 살짝 누르면 반발력을 느끼고 손가락을 떼면 원래 형태로 돌아간다(탄성). 하지만 세게 누르면 손가락이 젤리에 박히고, 손가락을 떼도 원래 형태로 돌아가지 않는다(점성).

3. 종류

연성물질은 고분자, 액정, 콜로이드, 계면활성제 등 다양한 물질을 포함한다. 연성물질의 구성 단위는 거대 분자 또는 분자의 큰 집합이라는 공통점을 가진다.[51] 이러한 집합은 고체 결정에서 보이는 것과 같은 3차원 장거리 질서는 없지만, 액체와 비슷한 정도의 국소적인 질서는 존재한다. 그 규모는 수 나노미터에서 수백 나노미터 정도의 메조스코픽 영역이다. 장거리 질서가 없기 때문에, 강성률이 고체보다 작고, 외력에 대한 응답이 크며 점탄성을 나타내는 경우가 많다.

운동 에너지 관점에서 "부드러운" 성질은 분자 운동 에너지(k_BT)에 가깝고, 외부 자극에 대해 큰 내부 자유도를 가지며 느린 응답을 보인다.

연성 물질의 주요 특징 중 하나는 역학적 거동이 변형 속도에 의존한다는 것이다. 즉, 변형 속도가 빠르면 유동적으로 거동하고, 변형 속도가 느리면 탄성적으로 거동한다(점탄성).

핵산 이중 나선의 일부, 생체 고분자의 예


α-사이클로덱스트린 분자 내에 결합된 폴리에틸렌 글리콜 올리고머의 호스트-게스트 복합체; 젤 형성에 사용되는 일반적인 스캐폴드. 원자는 빨간색은 산소, 시안색은 탄소, 흰색은 수소를 나타내도록 색칠되어 있다.


결정, 액정 및 액체 상태의 분자 배향에 대한 만화 표현

3. 1. 고분자

고분자는 환경과 조성에 따라 특성이 결정되는 반복적인 하위 단위로 구성된 큰 분자이다. 합성 플라스틱, 천연 섬유 및 고무, 생물학적 단백질 등이 고분자에 포함된다. 고분자 연구는 나노기술[29][30], 재료 과학, 약물 전달, 단백질 결정화 등 다양한 분야에 적용된다.[24][31]

3. 2. 액정

액정은 단백질, 작은 분자 또는 고분자로 구성될 수 있으며, 특정 방향으로 응집력 있게 정렬되도록 조작할 수 있다.[38] 액정은 흐름과 같이 액체와 같은 거동을 보이지만, 결정에 가까운 정렬을 얻을 수 있다. 액정의 특징 중 하나는 자발적으로 대칭을 깨는 능력이다.[39] 액정은 액정 디스플레이 (LCD)와 같은 광학 장치에 중요한 응용 분야를 갖는다.

3. 3. 콜로이드

콜로이드는 수용액 내 단백질과 같이 매질에 분산된 불용성 입자이다.[36] 콜로이드 연구는 물질의 조직을 이해하는 데 중점을 두고 있으며, 개별 분자와 비교하여 콜로이드의 큰 구조는 쉽게 관찰할 수 있을 만큼 크다.[37] 연성 물질은 고분자, 액정, 콜로이드, 계면활성제 등 다양한 물질을 지칭하지만, 연성 물질의 구성 단위는 거대 분자 또는 분자의 큰 집합이라는 공통점을 가진다.[51]

3. 4. 계면활성제

계면활성제는 연성 물질의 한 종류이다. 연성 물질은 거대 분자 또는 분자의 큰 집합으로 구성되어 있다는 공통점을 갖는다. 이러한 분자 집합은 고체 결정에서 보이는 것과 같은 3차원 장거리 질서는 없지만, 액체와 비슷한 정도의 국소적인 질서는 존재한다.[51] 이 규모는 수 나노미터에서 수백 나노미터 정도의 메조스코픽 영역이다.

3. 5. 겔

겔은 비용매 가용성 3차원 고분자 골격으로 구성되며, 공유 또는 물리적으로 가교 결합되어 높은 용매/함량 비율을 갖는다.[33][34] 기계적 및 열적 스트레스뿐만 아니라 용매 선택에 민감한 겔의 기능 연구를 통해 형상 기억과 같은 특성을 갖거나[35] 게스트 분자를 선택적으로, 그리고 가역적으로 결합하는 능력을 갖는 다양한 구조가 등장했다.[34]

구체적인 예로, 접시에 담긴 젤리를 손가락으로 살짝 만지면 젤리로부터 반발력을 느끼는데, 이때 손가락을 떼면 젤리는 원래의 형태로 돌아간다(탄성). 그러나 손가락으로 세게 누르면 손가락이 젤리에 박히고, 손가락을 떼도 젤리의 형태는 원래대로 돌아가지 않는다(점성).

3. 6. 거품

거품은 기체가 공동을 형성하도록 분산된 액체 또는 고체로 구성된다. 이러한 구조는 시스템에 큰 표면적 대 부피 비율을 부여한다.[23][32] 거품은 단열재 및 섬유에 적용되고 있으며,[32] 약물 전달 및 조직 공학의 생의학 분야에서 활발한 연구가 진행 중이다.[31] 또한 자동차에서 물 및 먼지 밀봉, 소음 감소에도 사용된다.

3. 7. 생체막

인지질 분자들이 비공유 결합에 의해 자체적으로 조립되어 지질 이중층 구조를 이룬다. 막 형성과 관련된 국소적이고 낮은 에너지는 대규모 구조의 탄성 변형을 가능하게 한다.[40]

4. 역사

알베르트 아인슈타인의 브라운 운동 연구, 프리드리히 라이니처와 오토 레만의 액정 연구, 헤르만 슈타우딩거의 고분자 연구, 드라호슬라프 림과 오토 비히테를레의 하이드로겔 연구 등 다양한 분야의 연구들이 피에르질 드 젠에 의해 연성 물질이라는 하나의 개념으로 통합되었다. "연성 물질"이라는 용어는 피에르 질 드 젠이 노벨 물리학상 수상 강연에서 사용하면서 널리 퍼지게 되었다.

4. 1. 초기 연구

알베르트 아인슈타인의 브라운 운동에 대한 연구는 연성 물질에 대한 현재 이해의 기반이 되었다.[5][6] 이 연구에서 아인슈타인은 유체에 현탁된 입자가 유체 자체와 유사한 열에너지(차수는 ''kT'')를 가져야 함을 밝혔다. 이는 콜로이드로 간주되는 시스템에 대한 기존 연구를 바탕으로 이루어졌다.[7]

1888년 프리드리히 라이니처는 액정의 결정 광학적 특성과 유동성을 처음 기술했고,[8] 1889년 오토 레만이 이를 추가적으로 특징지었다.[9] 레만이 콜레스테릴 벤조에이트의 두 녹는점을 조사하기 위해 사용한 실험 장치는 2019년경까지도 액정 연구에 사용되었다.[10]

1920년, 1953년 노벨 화학상 수상자 헤르만 슈타우딩거는[11] 중합체가 더 작은 분자를 공유 결합으로 연결하여 형성된다고 최초로 제안했다.[12] 당시에는 고분자라는 개념이 생소했고, 과학계에서는 천연 고무와 같은 화합물의 높은 분자량이 입자 응집 때문이라는 의견이 지배적이었다.[13]

드라호슬라프 림과 오토 비히테를레는 1960년 생의학 분야에서 하이드로겔 사용을 개척했다.[14] 이들은 수성 환경에서 특정 고분자 네트워크의 화학적 안정성, 변형 용이성, 투과성이 의학에 큰 영향을 줄 것이라고 가정하고 소프트 콘택트렌즈를 발명했다.[15]

피에르질 드 젠의 연구는 이처럼 별개로 보였던 분야들을 통합하는 데 큰 영향을 주었다. 드 젠은 다양한 형태의 연성 물질 연구를 통해 물질 특성이 기본 구조의 화학이 아닌, 기본 화학이 생성하는 중간 규모 구조에 더 크게 의존한다는 연성 물질의 보편성을 이해하는 데 핵심적인 역할을 했다.[16] 그는 액정의 상 전이 이해를 확장하고, 고분자 시스템의 이완과 관련하여 렙테이션 개념을 도입했으며, 고분자 거동을 이징 모델 거동에 성공적으로 연결했다.[16][17]

'연성 물질'이라는 용어는 콜로이드, 고분자, 액정 연구가 활발히 진행된 이후, 이들을 통합하는 개념으로 등장했다. 이 용어가 언제부터 사용되었는지는 정확히 알 수 없으나, 최소 1992년 노벨 물리학상 수상자 피에르 질 드 젠이 사용했으며,[51][52] 그의 노벨상 수상 강연 제목이 "연성 물질"이었던 것이 이 용어의 확산과 정착에 기여했다.[51]

4. 2. 피에르 질 드 젠의 공헌

피에르질 드 젠은 다양한 형태의 연성 물질을 연구하여, 물질의 특성이 기본적인 구조의 화학보다는 기본적인 화학이 만들어내는 중간 규모 구조에 더 크게 의존한다는 연성 물질의 보편성을 이해하는 데 핵심적인 역할을 했다.[16] 그는 액정의 상 전이에 대한 이해를 넓혔고, 고분자 시스템의 이완과 관련하여 렙테이션 개념을 도입했으며, 고분자 거동을 이징 모델의 거동에 성공적으로 연결했다.[16][17]

5. 실험적 특성 분석

연성 물질의 실험 연구는 주로 재료의 벌크(bulk) 특성에 초점을 맞춘다. 단백질 결정화와 같은 생물학적 시스템은 X선 및 중성자 결정학을 통해 연구되며,[41] 핵자기 공명 분광법은 막의 평균 구조 및 지질 이동성을 파악하는 데 사용된다.[40]

5. 1. 유변학

R.G. Larson의 "The Structure and Rheology of Complex Fluids," Oxford University Press (1999)에 따르면, 유변학은 응력 하에서 재료의 물리적 변화를 조사하는 데 자주 사용된다.[22]

5. 2. 산란

광각 X선 산란, 소각 X선 산란, 중성자 산란, 동적 광산란 등 산란 기법은 물질 구성 요소의 평균적인 특성을 파악하는 데 사용될 수 있다. 이러한 기법을 통해 시스템 내 구성 요소의 입자 크기 분포, 모양, 결정성, 확산을 결정할 수 있다.[42][43] 하지만 산란 기법은 등방성 및 희석된 시료에 더 적합하므로 일부 시스템에는 적용하기 어려울 수 있다.[42]

5. 3. 현미경

광학 현미경은 콜로이드 시스템 연구에 사용될 수 있지만, 투과 전자 현미경(TEM) 및 원자간력 현미경(AFM)과 같은 더 발전된 방법은 나노 규모에서 시스템을 매핑하는 데 적용할 수 있어 연성 물질의 형태를 특성화하는 데 자주 사용된다.[45][46] 이러한 이미징 기술은 모든 종류의 연성 물질에 보편적으로 적합하지 않으며, 일부 시스템은 다른 종류의 분석보다 한 가지 종류의 분석에 더 적합할 수 있다. 예를 들어, 이미징에 필요한 절차 때문에 TEM으로 하이드로겔을 이미징하는 데는 적용이 제한적이다. 그러나 형광 현미경은 쉽게 적용될 수 있다.[42] 액정은 종종 편광 현미경을 사용하여 온도 또는 전기장과 같은 다양한 조건에서 물질의 정렬을 결정하는 데 사용된다.[47]

5. 4. 전산 모사

전산 방법은 조사 대상 구조의 조성 및 환경을 엄격하게 제어할 수 있고, 미시적 규모부터 거시적 규모까지 다룰 수 있다는 점에서 연성 물질 시스템을 모델링하고 이해하는 데 자주 사용된다.[21] 그러나 전산 방법은 시스템에 대한 적합성에 따라 제한되므로, 정확성을 보장하기 위해 실험 결과와 정기적으로 검증해야 한다.[21] 연성 물질 시스템에 사용할 수 있는 방대한 양의 데이터 덕분에, 정보학을 사용하여 연성 물질의 특성을 예측하는 분야 또한 컴퓨터 과학 분야에서 성장하고 있다.[44]

6. 응용

연성 물질은 광범위한 기술 응용 분야에서 중요하며, 각 연성 물질은 종종 여러 분야와 관련될 수 있다.

액정은 식물학자이자 화학자인 프리드리히 레니처가 콜레스테롤을 연구하면서 생명 과학 분야에서 처음 발견되었다.[10] 액정 디스플레이 (LCD), 액정 가변 필터, 액정 온도계등으로 응용되고 있다. 활성 액체는 연성 물질의 또 다른 예로, 액정의 구성 요소가 스스로 추진할 수 있다.[48]

고분자는 라텍스 장갑에 사용되는 천연 고무에서 타이어에 사용되는 황 경화 고무에 이르기까지 다양한 분야에서 응용된다. 전단 박화 능력이 있는 하이드로젤은 3D 프린팅 개발에 적합하며,[27] 자극 반응성 특성으로 인해 소프트 로봇 공학, 조직 공학, 플렉서블 전자 소자와 같은 다양한 분야에서 응용되고 있다.[49] 고분자는 또한 단백질과 같은 생체 분자를 포함하며, 연성 물질 연구에서 얻은 연구 통찰력은 단백질 결정화와 같은 주제를 더 잘 이해하는 데 적용되었다.[41]

거품은 맥주 거품처럼 자연적으로 발생하거나, 소화기에 의해 의도적으로 생성될 수 있다. 거품에 적용 가능한 물리적 특성은 점성을 기반으로 한 응용 분야를 낳았으며,[23] 더 단단하고 자립적인 형태의 거품은 단열재 또는 쿠션으로 사용되고, 흐를 수 있는 거품은 화장품 산업에서 샴푸 또는 화장품으로 사용된다.[23] 거품은 또한 조직 공학에서 스캐폴드 및 바이오센서로 생물 의학적 응용 분야를 찾았다.[50]

역사적으로 연성 물질 과학 초기에 고려된 문제는 생명 과학과 관련된 문제였다. 따라서 연성 물질 연구의 중요한 응용 분야는 생물물리학이며, 이 분야의 주요 목표는 세포 생물학 분야를 연성 물질 물리학의 개념으로 환원하는 것이다.[20] 연성 물질 특성의 응용은 막 이동성[40]뿐만 아니라 혈액의 유변학과 같은 생물학적으로 관련된 주제를 이해하는 데 사용된다.[36]

6. 1. 디스플레이

액정은 흐름과 같이 액체처럼 행동하지만, 결정에 가깝게 정렬될 수 있다. 액정의 특징 중 하나는 자발적으로 대칭을 깨는 능력이다.[39] 액정은 액정 디스플레이 (LCD)와 같은 광학 장치에 중요한 응용 분야로 사용되어 왔다. 액정은 특정 방향으로 응집력 있게 정렬되도록 조작할 수 있는 단백질, 작은 분자 또는 고분자로 구성될 수 있다.[38]

6. 2. 재료 과학

다음은 연성물질 연구와 관련된 주요 서적 및 논문 목록이다.

  • I. Hamley, ''Introduction to Soft Matter '' (2nd edition), J. Wiley, Chichester (2000).
  • R. A. L. Jones, ''Soft Condensed Matter'', Oxford University Press, Oxford (2002).
  • T. A. Witten (with P. A. Pincus), ''Structured Fluids: Polymers, Colloids, Surfactants'', Oxford (2004).
  • M. Kleman and O. D. Lavrentovich, ''Soft Matter Physics: An Introduction'', Springer (2003).
  • M. Mitov, ''Sensitive Matter: Foams, Gels, Liquid Crystals and Other Miracles'', Harvard University Press (2012).
  • J. N. Israelachvili, ''Intermolecular and Surface Forces'', Academic Press (2010).
  • A. V. Zvelindovsky (editor), ''Nanostructured Soft Matter - Experiment, Theory, Simulation and Perspectives'', Springer/Dordrecht (2007).
  • M. Daoud, C.E. Williams (editors), ''Soft Matter Physics'', Springer Verlag, Berlin (1999).
  • Gerald H. Ristow, ''Pattern Formation in Granular Materials'', Springer Tracts in Modern Physics, v. 161. Springer, Berlin (2000).
  • de Gennes, Pierre-Gilles, ''Soft Matter'', Nobel Lecture, December 9, 1991
  • S. A. Safran,''Statistical thermodynamics of surfaces, interfaces and membranes'', Westview Press (2003)
  • R.G. Larson, "The Structure and Rheology of Complex Fluids," Oxford University Press (1999)
  • Gang, Oleg, "Soft Matter and Biomaterials on the Nanoscale: The WSPC Reference on Functional Nanomaterials — Part I (In 4 Volumes)", World Scientific Publisher (2020)

6. 3. 생명 과학

생체막은 인지질 분자들이 비공유 결합에 의해 자체적으로 조립되어 지질 이중층 구조를 이루는 것으로 구성된다. 막 형성과 관련된 국소적이고 낮은 에너지는 대규모 구조의 탄성 변형을 가능하게 한다.[40] 연성 물질의 전반적인 특성에서 중간 규모 구조의 중요성으로 인해, 실험 연구는 주로 재료의 벌크 특성에 초점을 맞추며, 유변학은 종종 응력 하에서 재료의 물리적 변화를 조사하는 데 사용된다.[22] 단백질 결정화와 같은 생물학적 시스템은 X선 및 중성자 결정학을 통해 연구되며,[41] 핵자기 공명 분광법은 막의 평균 구조 및 지질 이동성을 이해하는 데 사용될 수 있다.[40]

6. 4. 의학

연성 물질은 광범위한 기술 응용 분야에서 중요하며, 각 연성 물질은 종종 여러 분야와 관련될 수 있다. 역사적으로 연성 물질 과학 초기에 고려된 문제는 생명 과학과 관련된 문제였다. 따라서 연성 물질 연구의 중요한 응용 분야는 생물물리학이며, 이 분야의 주요 목표는 세포 생물학 분야를 연성 물질 물리학의 개념으로 환원하는 것이다.[20] 연성 물질 특성의 응용은 막 이동성[40]뿐만 아니라 혈액의 유변학과 같은 생물학적으로 관련된 주제를 이해하는 데 사용된다.[36]

예를 들어 액정은 식물학자이자 화학자인 프리드리히 레니처가 콜레스테롤을 연구하면서 생명 과학 분야에서 처음 발견되었다.[10] 그러나 현재 액정은 액정 디스플레이, 액정 가변 필터, 액정 온도계로도 응용되고 있다. 활성 액체는 연성 물질의 또 다른 예로, 액정의 구성 요소가 스스로 추진할 수 있다.[48]

고분자는 라텍스 장갑에 사용되는 천연 고무에서 타이어에 사용되는 황 경화 고무에 이르기까지 다양한 분야에서 응용된다. 전단 박화 능력이 있는 하이드로젤은 3D 프린팅 개발에 적합하다.[27] 자극 반응성 특성으로 인해 하이드로젤의 3D 프린팅은 소프트 로봇 공학, 조직 공학, 플렉서블 전자 소자와 같은 다양한 분야에서 응용되고 있다.[49] 고분자는 또한 단백질과 같은 생체 분자를 포함하며, 연성 물질 연구에서 얻은 연구 통찰력은 단백질 결정화와 같은 주제를 더 잘 이해하는 데 적용되었다.[41]

거품은 맥주 거품처럼 자연적으로 발생하거나, 소화기에 의해 의도적으로 생성될 수 있다. 거품에 적용 가능한 물리적 특성은 점성을 기반으로 한 응용 분야를 낳았으며,[23] 더 단단하고 자립적인 형태의 거품은 단열재 또는 쿠션으로 사용되고, 흐를 수 있는 거품은 화장품 산업에서 샴푸 또는 화장품으로 사용된다.[23] 거품은 또한 조직 공학에서 스캐폴드 및 바이오센서로 생물 의학적 응용 분야를 찾았다.[50]

6. 5. 화장품 및 식품

Soft matter영어는 화장품, 식품을 포함한 다양한 물리적 시스템을 포괄하는 광범위한 학문 분야이다.

참조

[1] 서적 Soft Matter Physics: An Introduction https://link.springe[...] Springer New York 2003
[2] 논문 Spontaneous generation and patterning of chiral polymeric surface toroids http://xlink.rsc.org[...] 2010
[3] 논문 Soft matter: more than words http://xlink.rsc.org[...] 2005
[4] 뉴스 The Nobel Prize in Physics 1991 https://www.nobelpri[...] Nobel Prize Outreach AB 2023-02-13
[5] 논문 Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen 1905
[6] 논문 Grand Challenges in Soft Matter 2021-12-22
[7] 서적 Soft Matter: a Very Short Introduction https://www.worldcat[...] Oxford University Press 2020
[8] 논문 Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins http://link.springer[...] 1888
[9] 논문 Über fliessende Krystalle https://www.degruyte[...] 1889-07-01
[10] 서적 An Introduction to Liquid Crystals https://iopscience.i[...] IOP Publishing 2019
[11] 뉴스 Hermann Staudinger – Biographical https://www.nobelpri[...] Nobel Prize Outreach AB 2023-02-13
[12] 논문 Über Polymerisation https://onlinelibrar[...] 1920-06-12
[13] 웹사이트 American Chemical Society International Historic Chemical Landmarks. Foundations of Polymer Science: Hermann Staudinger and Macromolecules http://www.acs.org/c[...]
[14] 서적 Hydrogels : recent advances https://www.worldcat[...] 2018
[15] 논문 Hydrophilic Gels for Biological Use https://www.nature.c[...] 1960
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[17] 논문 Exponents for the excluded volume problem as derived by the Wilson method https://linkinghub.e[...] 1972
[18] 논문 Grand Challenges in Soft Matter Physics 2018-08-22
[19] 간행물 Fracture in soft elastic materials: Continuum description, molecular aspects and applications https://linkinghub.e[...] Elsevier 2023-02-13
[20] 서적 Soft condensed matter https://www.worldcat[...] Oxford University Press 2002
[21] 논문 Experimental soft-matter science 2017-04-12
[22] 논문 Rheology of Soft Materials https://www.annualre[...] 2010-08-10
[23] 서적 Foams: Structure and Dynamics https://www.worldcat[...] 2013
[24] 논문 Dynamic Macromolecular Material Design-The Versatility of Cyclodextrin-Based Host-Guest Chemistry 2017-07-10
[25] 논문 A comparative review of artificial muscles for microsystem applications 2021-11-23
[26] 논문 Self-Assembly at All Scales https://www.science.[...] 2002-03-29
[27] 논문 Kinetic trapping of 3D-printable cyclodextrin-based poly(pseudo)rotaxane networks https://linkinghub.e[...] 2021
[28] 논문 Microscopic precursors of failure in soft matter http://xlink.rsc.org[...] 2020
[29] 논문 Lipid Nanotechnology 2013-02-21
[30] 논문 Nanotechnology with Soft Materials https://onlinelibrar[...] 2003
[31] 논문 Microfluidics Mediated Production of Foams for Biomedical Applications 2020
[32] 논문 Recent Trends of Foaming in Polymer Processing: A Review 2019
[33] 논문 Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review 2015
[34] 논문 Exploring Macrocycles in Functional Supramolecular Gels: From Stimuli Responsiveness to Systems Chemistry https://pubs.acs.org[...] 2014-07-15
[35] 논문 Naturally biomimicked smart shape memory hydrogels for biomedical functions https://linkinghub.e[...] 2020
[36] 논문 Biological Soft Materials https://onlinelibrar[...] 2007-06-11
[37] 논문 Colloidal matter: Packing, geometry, and entropy 2015-08-28
[38] 논문 Liquid Crystals: Versatile Self-Organized Smart Soft Materials https://pubs.acs.org[...] 2022-03-09
[39] 논문 Mirror symmetry breaking in liquids and liquid crystals 2018-12-08
[40] 논문 Soft Matter in Lipid–Protein Interactions https://www.annualre[...] 2017-05-22
[41] 논문 Soft matter perspective on protein crystal assembly https://linkinghub.e[...] 2016
[42] 논문 Pathways and challenges towards a complete characterization of microgels 2020-09-04
[43] 논문 General procedure for evaluating amorphous scattering and crystallinity from X-ray diffraction scans of semicrystalline polymers https://linkinghub.e[...] 1990
[44] 논문 Soft Matter Informatics: Current Progress and Challenges https://onlinelibrar[...] 2019
[45] 논문 "Liquid-Phase Electron Microscopy for Soft Matter Science and Biology" 2020
[46] 논문 Nanomechanical mapping of soft materials with the atomic force microscope: methods, theory and applications 2020-08-17
[47] 논문 Introduction to Optical Methods for Characterizing Liquid Crystals at Interfaces 2013-03-12
[48] 논문 Autonomous materials systems from active liquid crystals https://www.nature.c[...] 2021-02-25
[49] 논문 3D Printing Soft Matters and Applications: A Review 2022-03-30
[50] 서적 Biomedical foams for tissue engineering applications https://www.worldcat[...] Woodhead Publishing 2014
[51] 강연 "Soft Matter" 1991-12-09
[52] 논문 "Soft Matter" 1992


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