[논문자료] 폴리머 기판에 형성한 초발수 계층구조의 표면특성 연구

출처: 픽사베이

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젖음성은 고체 표면에서 가장 중요한 특성 중 하나이다. 인공 구조물로 만들어진 초발수성 표면은 방오, 김서림 방지, 결빙 방지, 유수 분리, 자가 세척 및 내식성과 같은 응용 분야에서 기술적으로 매우 중요하다. 연구자들은 자연에서 연잎, 벼, 소금쟁이 다리 그리고 게코 도마뱀 발 등에 영감을 얻어 고-액 계면 상호작용을 최소화하는 초발수 표면을 연구하였다. 이러한 고체 표면에서의 젖음성은 미세 구조와 표면 화학성분에 의해 결정된다.

 

일반적으로 고체 표면은 주로 표면장력이 낮은 기름류에 의해 쉽게 오염된다. 또한 초발수성 표면은 기름류에 쉽게 오염될 수 있다. 따라서 발수성과 발유성을 동시에 가지는 양소성 표면에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 양소성 표면 제작은 기름류의 높은 젖음성으로 인해 발수성 표면보다 제작이 어렵다. 따라서 이를 제작하기 위해서는 계층구조 형성과 표면에너지 제어가 중요하다.

 

논문 출처: http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=2e8652829d39bde3ffe0bdc3ef48d419&outLink=K

 

본 연구에서는 열경화식 임프린팅법과 스퍼터 에칭법을 혼합하여 마이크로 기둥 위에 작은 나노돌기가 있는 계층구조를 만들어 우수한 양소성 표면을 형성하였다. 계층구조를 이용하면 1차적인 마이크로패턴 형태보다 더 우수한 양소성 표면을 구현할 수 있다. 또한 열경화식 임프린팅 후에 에칭 효과가 더 커져 보다 짧은 시간의 에칭으로 표면에 무수한 나노돌기를 만들 수 있다.

2um 사이즈의 작은 기둥은 에칭에 의해 파손되었고, 이에 따라 계층구조를 만들기 위해선 보다 큰 크기의 기둥을 사용해야 한다. 에칭 시간에 따라 표면에 나노돌기가 형성되고, 나노돌기들이 이어지면서 그물 구조가 만들어진다. 계층구조는 마이크로 기둥구조와 나노돌기 구조보다 물과 기름에 젖지 않는 양소성을 보인다. 뿐만 아니라 보다 우수한 셀프클리닝 특성으로 표면의 먼지를 효과적으로 제거한다. 이러한 계층구조는 우수한 기계적, 화학적 내구성을 가지는데, 이는 에칭 후 플루오르기가 효과적으로 결합하기 때문이다. 스퍼터 에칭을 이용하여 만들어진 계층구조는 기존의 마이크로 기둥구조보다 발수성, 발유성, 셀프클리닝 능력, 기계적 특성, 화학적 특성이 보다 우수하였다. 이러한 우수한 특성은 산업 전반의 표면 방수, 방오, 셀프클리닝 분야 등에 널리 적용될 수 있다.

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