나노물질을 이용한 새로운 초소수성 코팅

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-15

새로운 종류의 초소수성 나노물질은 물로부터 표면을 보호할 수 있는 프로세스를 간소화시킬 수 있을 것이다. 라이스 대학(Rice University), 스완지 대학(University of Swansea), 비스톨 대학(University of Bristo), 니스소피아앙티폴리스 대학(University of Nice Sophia Antipolis)의 연구진이 만든 새로운 재료는 저렴하고, 비독성이고, 스프레이 또는 스핀 코팅에 의해서 다양한 표면에 적용될 수 있다. 라이스 대학의 Andrew Barron이 이끄는 이번 연구진은 저널 ACS Applied Materials and Interfaces에 이 연구결과를 게재했다("Branched Hydrocarbon Low Surface Energy Materials (LSEMs) for Superhydrophobic Nanoparticle Derived Surfaces"). 탄화수소계 물질은 초소수성 분야에 일반적으로 사용되는 고가의 유해한 탄화플루오르(fluorocarbon)를 대체할 수 있다. “자연은 이런 물질을 만들고 친환경적으로 유지할 수 있는 방법을 알고 있다”고 Barron이 말했다. “우리의 임무는 이것이 어떻게 일어나는지를 알고 이것을 모방하는 것”이라고 Barron이 덧붙였다. 연꽃 잎은 대표적인 소수성 표면 중의 하나이다. 이런 능력은 마이크로 및 나노크기의 계층식 이중 구조에 기인한다. “연꽃 잎의 경우에, 상부의 표피 및 덧표피 왁스(epicuticular waxes) 속의 작은 돌기 때문”이라고 그는 말했다. “우리의 재료는 이런 작은 돌기와 유사한 알루미나 나노입자의 축적으로 인한 미세구조, 덧표피 왁스 효과와 유사한 하이퍼브렌치형(hyperbranched) 유기 잔기가 존재한다”고 그는 덧붙였다.  이번 연구진은 분기형 탄화수소 저-표면 에너지 재료(branched hydrocarbon low-surface energy material, LSEM)라고 불리는 것을 제조하고 테스트했다. 이번 연구진은 개질된 카르복시산(carboxylic acid)을 가진 알루미늄 산화물 나노입자를 합성했다. 이런 뾰족한 사슬은 물에 대한 방어를 하고, 이 표면을 거칠게 만든다. 이런 거칠기는 소수성 물질의 특성을 가지고, 공기 층을 포집하고, 표면과 물방울 간의 접촉을 최소화한다. 이것은 물방울이 미끄러지게 한다. 초소수성이 되기 위해서, 재료는 150도보다 더 큰 접촉각을 가져야 한다. 접촉각은 물 표면이 재료 표면과 만나는 각도이다. 더 큰 구의 형상을 가질수록, 각도는 더 커진다. 0도의 각도는 물웅덩이에 물방울을 떨어뜨릴 때에 발생하고, 180도의 최대 각도는 구의 형태로 표면에 부착된다는 것을 의미한다. 이번 연구진은 약 155도의 각도를 관찰했고, 이것은 최고의 탄화플루오르계 초소수성 코팅과 동등한 성능을 가졌다. 심지어 다양한 코팅 기술과 경화 온도를 적용할 때도, 이 재료는 이것의 품질을 유지한다. 이 코팅은 탄화플루오르와 같은 위험한 첨가물을 사용하지 않기 때문에 해양용 마찰 감소 코팅에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. “다른 초소수성 코팅은 종종 위험하고 감소된 초소수성 특성을 가지지만, 우리의 재료는 이런 효과를 유지하는 더 무작위적인 계층 구조를 가진다”고 그는 말했다. 이번 연구진은 다양한 기판 재료에 대한 접착력을 개선하고 표면에 대규모로 적용하기 위해서 노력하고 있다. 그림. 유해 물질을 사용하는 상용 코팅보다 더 효율적으로 물을 반발하는 친환경적인 초소수성 코팅. noname01.bmp http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=42085.php