Soft matter materials show intermediate mechanical properties which include those of solid and liquid. Their interesting characteristics come from the flexibility of a long chain molecule or amphiphilic nature. These materials constitute our daily environment as well as the human body. This motivates diverse research and applications in petroleum industry, pharmacy, and bio-medical.
In this dissertation, the author adopts various soft matter materials and geometry and explores their surface hydrodynamic properties. At first, surface waves on semi-infinite viscoelastic medium were studied from the externally excited surface wave spectroscopy on agarose gels. He observed two coexisting elastic modes in the frequency region of crossover from elastic to capillary mode. The coexistence of two modes was explained based on the theory of elasticity. Moreover, differing from common solid, the viscous loss of soft matter materials enhances the two modes to be comparable. His second topic relates to more realistic cases: confined geometries. He measured surface waves propagating on thin gels with thicknesses less than 1 cm. In the frequency region where the elastic and surface tension forces dominate, multiple harmonics of a surface mode are predicted theoretically for a finite thickness due to a coupling with the normal direction wave to the surface. This result shows the first experimental measurement of the multiple harmonics of a surface mode. He compared the experimental data with the theoretical calculation. Finally, charged monolayers adsorbed by opposite charged macromolecules at an air-water interface were studied. He explored their structure-related thermodynamic and surface hydrodynamic properties. Using the enhanced damping of the capillary wave by energy dissipation due to the presence of an elastic monolayer, the cationic lipid-DNA complex formation could be sensitively observed.
연성물질은 고체와 액체의 중간 정도의 역학적 성질을 지니고 있다. 이의 흥미로운 특성은 고분자처럼 긴 사슬구조에서 오는 유연성과 수용액 상태에서의 양친성등으로 기인된다. 이러한 물질은 우리 신체를 이루고 있을 뿐아니라 일상생활에서도 흔히 볼 수 있고, 석유산업, 약학, 그리고 생체현상등 다양한 응용성과도 연관된다.
본 학위 논문에서, 저자는 다양한 기하학적 구조와 성분으로 된 연성물질에서의 표면 유동역학을 알아본다. 첫째로, 무한한 깊이의 점탄성 물질에서의 표면파를 agarose 젤과 externally excited surface wave spectroscopy를 통해 연구한다. 결과로서, 탄성파에서 표면 장력파로의 변화 과정 중에 두가지의 탄성파가 공존함을 보였고, 이의 원인으로 고체보다는 액체의 두드러진 특성인 점성으로 인해 두 모드의 공존이 향상되어 나타남을 보였다. 두번째 주제로, 실제의 점탄성물질이 가지는 제한된 구조, 두께에 대한 연구를 했다. 두께나 깊이가 일정할때는 정수배의 정상파을이 생겨서 여러 개의 mode들이 진행할 수 있게된다. 이 연구결과는 기존의 이론적 예상을 최초로 검증한 것이다. 마지막으로 전하를 띤 인지질이 이와는 반대전하를 띤 DNA가 녹아있은 물위에 존재할 때, 그들의 구조와 역학적 특성을 알아보았다. 표면 장력파가 물표면의 단분자 층과의 coupling으로 인해 감폭이 현저히 증가하게 되는데, 이를 이용해서 DNA와 인지질간의 결합체 생성을 효과적으로 관찰할 수 있었다.
