MIT가 개발한 물방울 뒤집는 표면 처리 기술

물체의 표면을 잘 처리하는 방법은 이미 연구되고 있다. 하지만 비행기 같은 교통수단은 차가운 기체 닿는 빗방울은 순식간에 얼음으로 변하는 탓에 기체를 위험하게 만들 수도 있다. 이런 사태를 극복하기 위해 MIT 연구팀이 물의 표면 처리 방법을 발견했다.

물방울이 충돌하는 모습은 물풍선을 얼굴에 부딪쳐 폭발하는 것과 비슷한 느낌을 준다. 떨어진 물방울은 충격에 의해 확대되고 물방울은 표면 접촉 면적을 크게 증가시킨다. 이런 특성은 항공기 날개에 일어나는 동결 과정을 가속화한다. 또 바다에서 물보라가 구조물에 부착해 빠르게 증발할 때 금속을 부식시키는 염분이 표면에 축적될 수 있는 등 장소에 따라 문제가 발생할 수 있다.

MIT 연구팀이 발견한 새로운 표면 처리 방법은 6년 전 연구 개발한 것을 기반으로 한다. 눈으로 볼 수 없을 만큼 작은 산등성이 같은 융기를 표면에 형성하고 떨어진 물방울을 표면에 부딪친 충격의 반동으로 좌우 대칭으로 나눈다. 또 표면으로부터 튀어 나올 때의 속도를 높이는 성질도 갖고 있다. 따라서 물방울이 표면과 접촉하는 시간은 40% 줄어든다. 다시 말해 항공기에 묻은 빗방울이 어는 데 걸리는 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있다는 얘기다.

연구팀은 그릇 모양 반지와 같은 복잡한 구조를 물체 표면에 형성했다. 이 고리 구조로 떨어진 물방울은 위쪽으로 반송하고 확산 범위를 최소화한다. 물방울이 환상 구조에 부딪치면 먼저 퍼지지만 물방울의 한계는 그릇 경계선까지다. 그 결과 물방울은 반동으로 위쪽으로 방향을 바꿔 결국 표면에서 떨어져 나간다. 순화 구조 처리한 표면과의 상호작용을 최소화한다.

이는 물방울을 튀기는 구조 크기와 충격을 만들어내는 물방울 크기에 좌우되지만 만일 모든 물방울이 곧바로 되돌아오지 않더라도 전체적으론 분명히 개선을 기대할 수 있다.

이 연구는 항공기와 거대한 풍력 터빈에서 얼음이 발생하는 걸 줄일 뿐 아니라 소수성 물질을 취급하는 큰 시장을 가진 방수 직물로 만들어진 의류에도 혜택을 줄 수 있다. 순환 구조는 비행기 기체를 감싸는 금속 뿐 아니라 세세한 구멍이 많은 방수 의류에 사용하는 천의 통기성을 더 높여줄 가능성도 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.