물방울이 거의 마찰 없이 표면을 미끄러지는 소재

물방울이 마치 구처럼 표면에서 굴러가는 현상인 발수는 자동차 본체와 우산 등 방수 성능 향상 등에 응용되고 있다. 핀란드 알토대 연구팀이 기존 발수 소재보다 물방울이 부착하기 어려운 거의 마찰 없이 물방울이 표면에서 미끄러지는 소재를 개발했다.

연구팀은 특별히 설계된 장치를 이용해 실리콘 소재에 대해 SAM(self-assembled monolayers)이라고 불리는 분자 1개분 두께 얇은 층을 공유 결합해 표면에 막을 형성했다. 구체적으론 옥틸르티클로실란(Octyltrichlorosilane)이라는 화학물질을 증착장치를 이용해 실리콘 소재에 분사하는 것으로 SAM층을 만들어냈다. 실리콘 소재 표면에 형성된 SAM층은 실리콘 표면과 물방울 사이에서 윤활제 역할을 하며 물방울을 튕기는 성질을 가진다.

연구팀은 이번 연구는 분자적으로 불균일한 표면을 나노미터 수준으로 만든 첫 연구라고 주장하고 있다. 연구팀은 또 평광 해석 장치를 이용해 막 형성 상태를 자세하게 관찰했다. 또 증착 장치 온도나 수분량, 부착 시간 등 조건을 조정해 형성되는 막 피복률을 변화시켰다. 그 결과 부착시키는 시간을 짧게 하고 SAM 피복률을 낮게 하면 물방울이 소재에 친숙해져 흐르기 쉬워지는 친수성이 높아지는 게 판명됐다. 한편 장시간 물질을 부착시키면 물방울이 입상이 되어 구부러지기 쉬워지는 게 밝혀졌다.

연구팀은 이번 실험 결과는 SAM 피복률이 낮거나 높을 때에도 표면 물방울 미끄럼이 강화되는 걸 보여주고 있다며 따라서 물방울 미끄러움에는 그다지 변화가 생기지 않는다고 생각하고 잇었다며 이번 실험 결과는 이런 직감에 반하는 것이라고 밝혔다.

더구나 연구팀은 이번 발견에 대해 이 기술은 파이프 내 열 전달이나 얼음 제거, 흐림 방지에 사용되는 것 뿐 아니라 작은 액적을 부드럽게 움직일 필요가 있는 마이크로 유체 공학이나 부착한 더러움을 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 셀프 클리닝 표면을 만드는데 도움이 될 수 있다며 앞으로는 내구성을 높이면서 실용화를 위한 기초 연구를 실시해 나갈 예정이라고 덧붙였다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.