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커피 방울이 떨어졌다가 마르면 고리 모양의 얼룩을 관찰할 수 있다. ‘커피고리 효과’ 때문이다. 커피 방울은 가장자리부터 증발이 일어난다. 이 부분을 채우기 위해 가운데 있던 액체가 가장자리로 이동해 커피 고리 현상이 나타난다. 인쇄나 코팅을 할 때도 커피처럼 작은 입자가 녹아 있는 액체를 사용하기 때문에 커피 고리 현상이 일어나면서 문제를 일으킨다. 즉, 입자가 고르게 분포하지 못하고 표면이 거칠어지며 인쇄의 질이 떨어지는 것이다.

2011년 미국 펜실베니아대 연구팀은 구형 입자가 아닌 타원형 입자를 사용하면 이 현상을 방지할 수 있다는 사실을 실험으로 밝혀냈다. 그리고 지난 1월 커피 고리의 성장 과정을 수학 시뮬레이션을 통해 다시 알아봤다.

연구팀은 우선 일정한 모양의 블록을 설정하고, 이 블록들이 다른 이웃한 블록들과 관계없이 독립적으로 쌓인다고 가정해 시뮬레이션을 했다. 그 결과, 쌓인 블록들의 높이 차이가 심하게 나타나며 표면이 거칠어졌다. 시뮬레이션과 이전 실험 결과를 비교해 보니, 구형 입자들이 여기에 속했다.

두 번째는 블록들이 끈적하다고 가정했다. 이때는 블록들이 쌓이며 다른 블록에 붙어 서로 영향을 미쳤다. 그 결과 쌓인 블록들의 높이 차가 작게 나타나 표면이 부드러워졌다. 구보다 20% 길쭉한 타원형 입자들이 여기에 속했다.

마지막으로, 구에서 250% 늘어난 길쭉한 타원형 입자들은 쌓인 밀도가 높은 쪽에 더 많이 쌓이는 것으로 나타났다. 그 결과 표면이 거칠게 나타났다.

연구팀은 “수학 시뮬레이션으로 실험 결과를 확인할 수 있었다”며, “산업 분야에서 일어나는 이 현상을 수학 시뮬레이션으로 조절할 수 있다”고 설명했다.