레이저 기술을 사용한 초소수성 금속 제조http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=254720&cont_cd=GT

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-04

초소수성 재료들은 얼음 제거, 부식 방지 및 위생과 같은 많은 분야에 응용하기에 적합하다. 그러나 현재 구할 수 있는 소수성 재료들은 재료에 물을 반발하는 특성을 주기 위해 화학적인 코팅을 하여야 한다. 로체스터 대학의 Chunlei Guo 및 Anatoliy Vorobye가 이끄는 연구진들은 초소수성 특성을 만드는 연구결과를 응용물리학 잡지에 게재하였다. 이 논문에서 연구원들은 금속에 초소수성을 만들 수 있는, 마이크로 및 나노 크기를 혼합하여 만들 수 있는 강력한 혁신적인 레이저 패터닝 공정을 소개하였다. 이 새로운 연구는 금속을 검게 변화시키기 위해서 연구진들이 사용하였던, 유사한 레이저-패터닝 공정이전의 연구에 기반을 두고 있다. 이 공정을 사용하여 연구원들은 단지 초소수성뿐만 아니라 광을 매우 잘 흡수하는 특성도 가지는, 다기능 표면을 만들 수 있었다고 Guo는 말한다. 연구진들이 개발한 공정의 가장 큰 장점은 “우리의 레이저를 금속에 쏘여 만든 구조들은 본질적으로 금속 표면의 일부라는 점”이라고 그는 말한다. 이는 금속이 물을 밀어내게 도와주면서 이들 패턴과 함께 금속들이 제거될 수 없다는 것을 의미한다. 재료는 소수성 특성이 매우 강해서 실제로 물은 표면에서 튀게 된다. 그러고 나서 표면에 다시 내려앉고 다시 튀는 현상을 반복한 후에 결국은 표면에서 굴러 내리게 된다. 과학자들이 개발한 재료들은 초소수성 재료로서 현재 달라붙지 않는 프라이팬 등에 사용되고 있는 테플론 보다 훨씬 더 미끄럽다. 그러나 테플론과는 다르게 이들 재료들은 초소수성의 장점을 가진다. 예를 들면, 테플론 코팅된 재료에서는 물이 굴러 떨어지는 각도가 70도이지만 새로 개발된 초소수성 코팅 재료의 표면의 기울기는 5도 미만이면 된다. 또 다른 장점은 초소수성 표면이 자기 정화 특성을 가지고 있다는 것이다. 물이 굴러떨어질 때 먼지도 함께 제거된다. 이들 새로운 혁신적인 재료의 우수성을 증명하기 위해서 과학자들은 진공청소기의 먼지를 표면에 묻혔다. 단지 세 방울의 물에 의해 먼지의 전발이 제거되고 12방울의 물은 표면을 완전하게 깨끗하게 만들고 건조시켰다. Guo와 Vorobyev는 금속의 표면을 변형하기 위해서 이 강력하고 매우 빠른 레이저 펄스를 사용하였다. 1초의 1000조분의 1인 펨토 초 레이저 펄스는 아주 짧은 시간 동안에 북미 전력 그리드가 완료시키는 것과 같은 피크 전력에 해당한다. “이 지역들에서 빗물을 모으는 것은 중요하며 초소수성 재료들을 사용하면 물이 표면에 달라붙는 것을 방지하기 위해서 피치 각이 높은 깔때기를 사용할 필요가 없다. 두 번째 응용분야는 사용하기에 보다 깨끗하고 건강한 화장실 물을 만들 수 있다는 것”이라고 Guo는 말한다. 일반적으로 물이 잘 공급되지 않는 지역에서 화장실 물을 깨끗하게 유지하는 것이 어렵다. 화장실을 디자인할 때 새로 개발된 초소수성 재료를 사용하면 물을 내리는 필요성을 없앨 수도 있다. 그러나 과학자들은 이들 응용분야에 초소수성 재료가 적용되기 이전에 해결해야 할 많은 문제들이 있다고 말한다. 그 중의 하나는 금속 표면 1인치×1인치 크기를 만드는데 1시간이 걸리기 때문에 개발도상국에서 이들 재료들을 적용하기 이전에 빠른 공정이 이루어질 수 있는 방법을 개발하는 것이 중요하다. 초소수성 재료를 만드는 기술은 다중 기능을 가진 금속을 만드는데도 응용될 수 있다고 Guo는 믿는다. 금속이 자연적으로 좋은 광 반사체이기 떄문에 이들은 빛이 나며 금속을 검게 만드는 것에 의해 이들을 매우 유용한 광 흡수제로 만드는 것이 가능하다. 광 흡수제 특성을 초소수성 금속에 적용하면 녹이 슬지 않고 세정하는 것이 필요하지 않은 보다 우수한 태양전지 패널을 만들 수 있는 새로운 응용분야를 개척할 수 있다. 로체스터 대학의 연구원들은 앞으로 소수성 전자제품에 새로운 응용분야를 만들기 위해서 이들 기술들을 반도체 혹은 유전체와 같은 비금속에 적용하기 위해 노력하고 있다. 20150130_hydrophobic.jpg 20150130_hydrophobic1.jpg http://www.azom.com/news.aspx?newsID=43178