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재미한인과학자, 모든 액체 밀쳐내는 표면구조 만들어

송고시간2014-12-19 10:28

UCLA 김창진 교수 "모든 액체에 젖지 않는 표면구조 제작…바이오의학 등 활용 전망"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 재미 한인 과학자가 빗물을 물방울로 굴러 떨어지게 하는 연꽃잎처럼 물은 물론 알코올과 기름, 화학 용매 등 어떤 액체에도 젖지 않는 특수한 표면구조를 만들었다.

미국 로스앤젤레스 캘리포니아대학(UCLA) 기계항공공학과 김창진 교수는 19일 물체 표면을 못대가리 지름이 20㎛인 못을 100㎛ 간격으로 규칙적으로 배열한 미세구조로 만든 결과, 모든 종류의 액체를 밀어내는 초강력 소수성(super hydrophobic)을 갖는 것으로 확인됐다고 밝혔다.

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연구진은 흡수력이 좋아 습기제거제로 쓰이는 실리카(SiO₂)의 표면을 이 미세구조로 만든 뒤 물과 메탄올, 강력한 유기용매인 과불화헥산(perfluorohexane)을 떨어뜨리는 실험을 통해 모두 표면을 적시지 못하고 방울이 돼 표면을 굴러다니는 것을 확인했다.

물을 흡수하지 않는 소재나 표면구조를 만드는 연구가 수십년간 진행됐으며 지금까지 조리용 프라이팬 표면 재료인 테플론처럼 물에 젖지 않게 하는 데에는 많은 연구진이 성공했으나 과불화헥산에 젖지 않는 표면구조를 만든 것은 이번이 처음이다.

액체가 물체 표면에 떨어졌을 때 넓게 퍼지느냐 안 퍼지느냐, 즉 표면을 적시느냐 못 적시느냐는 표면을 이루는 물질의 성질과 구조, 액체의 표면장력 등에 의해 결정됐다. 물체가 액체를 밀쳐내는 성질의 물질로 만들어졌거나 표면구조가 연꽃잎처럼 액체를 밀어내는 형태일 때, 액체의 표면장력이 클 때는 표면이 액체에 젖지 않게 된다.

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액체가 물체 표면에 떨어졌을 때 액체 방울과 표면이 이루는 각도(접촉각)를 보면 이를 판단할 수 있다. 액체가 표면에 떨어지자마자 넓게 퍼지면 접촉각은 0도가 되고 액체 표면장력이 매우 커 완전한 구(球)를 이루면 접촉각은 180도가 된다.

테프론은 물을 떨어뜨렸을 때 물방울과 표면의 접촉각이 120도가 되고 표면을 요철형태로 거칠게 만들면 접촉각이 150도까지 커진다. 하지만 이 정도로는 물은 밀어낼 수 있지만 기름이나 유기용매를 떨어뜨리면 바로 표면에 퍼지게 된다.

연구진은 이 연구에서 실리카를 이용해 3차원 에칭기법으로 표면에 마이크로미터 크기의 못을 세우고 못대가리 형태를 병뚜껑처럼 만들어 액체와 표면 사이의 접촉각이 이론적으로 180도가 되게 하였다. 실제 실험에서도 표면장력이 매우 작아 거의 모든 물체에 스며드는 과불화헥산까지 밀쳐내는 것으로 확인됐다.

김 교수는 "이 표면구조는 고분자 코팅을 한 것이 아니기 때문에 1천℃ 정도의 매우 높은 온도에서 사용할 수 있고 표면에 생체물질 등이 달라붙지 않기 때문에 인체에 사용하는 각종 관 등 생의학적 용도로 활용할 수 있다"며 "구체적인 내용은 밝힐 수 없지만 이미 대량생산에 대한 연구를 진행하고 있다"고 말했다.

그는 이어 "이 표면구조는 액체와 접촉하는 분야에는 널리 사용할 수 있겠지만 단단한 물체와 충돌해 미세구조가 파괴될 수 있는 제품에는 사용할 수 없다"며 "자동차 외관 등에는 적용하기 어려울 것"이라고 말했다.

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scitech@yna.co.kr

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