화학 연료로 움직이는 부분 습윤 액방울의 이족보행부터 혼돈 운동까지

초록

본 연구는 열역학적으로 일관된 연속체 모델을 이용해, 자가촉매 반응을 하는 두 종류의 계면활성제가 덮인 부분 습윤 방울의 움직임을 분석한다. 화학적 연료와 폐기물 교환을 통한 외부 화학 포텐셜 차이가 마랑게 효과와 결합해 표면 장력의 국소적 변화를 일으키고, 이로 인해 방울은 직진, 왕복, 이족보행, 회전, 간헐적 혼돈, 완전 혼돈 등 다양한 모드로 이동한다. 길이 스케일 경쟁과 서브크리티컬 피치포크 분기 등이 복잡한 운동을 결정한다는 점을 밝혀냈다.

상세 분석

본 논문은 화학 연료와 폐기물 교환을 통해 외부와 열린 시스템을 구성하고, 두 종류의 불용성 계면활성제(Γ₁, Γ₂)가 자가촉매 반응 3Γ₁ ⇌ 2Γ₁+Γ₂ 로 상호 전환되는 반응 네트워크를 도입한다. 모델은 자유에너지 함수 F = ∫