부착된 물방울이 마치 구처럼 표면에서 굴러가는 현상인 ‘발수’는 자동차 바디와 우산 등의 방수성능 향상 등에 응용되고 있습니다. 핀란드 아르트 대학의 사카리 레피코 씨 등의 연구팀이 기존의 발수소재보다 물방울이 부착하지 않고 거의 마찰 없이 물방울이 표면에서 미끄러지는 소재를 개발했습니다.
Droplet slipperiness despite surface heterogeneity at molecular scale | Nature Chemistry
https://www.nature.com/articles/s41557-023-01346-3
Researchers create the most water-repellent s | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/1005284
Researchers create the most water-repellent surface ever
<p>A revised method to create hydrophobic surfaces has implications for any technology where water meets a solid surface, from optics and microfluidics to cooking</p>
www.eurekalert.org
레피코 씨의 연구팀은 특별히 설계된 장치를 이용하여 실리콘 소재에 대해 '자기조직화 단분자막(SAM)'이라는 불과 분자 하나 두께의 얇은 층을 공유결합하여 표면에 막을 형성했습니다. 구체적으로는 옥틸트리클로로실란이라는 화학물질을 증착장치를 이용해 실리콘 소재에 분사하여 SAM층을 만들어 내는 것입니다. 실리콘 소재의 표면에 형성된 SAM층은 실리콘 표면과 물방울 사이에서 윤활제의 역할을 하며 물방울을 튕기는 성질을 가집니다.
레피코 씨는 “우리의 연구는 분자적으로 불균일한 표면을 나노미터 수준으로 만든 최초의 연구”라고 설명했습니다.
연구팀은 또한 편광해석 장치를 이용하여 막의 형성 상태를 상세하게 관찰했습니다. 또 증착장치의 온도나 수분량, 부착시키는 시간 등의 조건을 조정하여 형성되는 막의 피복률을 변화시켰습니다. 그 결과 부착시키는 시간을 짧게 하고 SAM의 피복률을 낮게 하면 물방울이 소재에 친숙해져 흐르기 쉬워지는 친수성이 높아지는 것을 알게 되었습니다. 한편 장시간 물질을 부착시키면 물방울이 입상이 되어 굴러 떨어지기 쉬워지는 것으로 나타났습니다.
레피코 씨는 “이번 실험결과는 SAM의 피복률이 낮거나 높을 때에도 표면의 물방울 미끄럼이 강화됨을 보여주고 있다"며 "이 기술은 파이프 내의 열전달이나 얼음의 제거, 흐림 방지, 작은 액적을 부드럽게 움직일 필요가 있는 마이크로 유체공학, 부착된 오염물을 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 셀프 클리닝 표면을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 앞으로는 내구성을 높이면서 실용화를 위한 기초적인 연구를 실시해 나갈 예정”이라고 설명했습니다.
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