초수성 소재 및 초유성 표면 특성을 구현

Question

안녕하세요!

초수성 소재에 대해 질문 드려요

초수성 소재 및 초유성 표면 특성을 구현하는 나노 표면 개질 기술의 화학적 메커니즘은 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

초발수·초발유 표면의 화학 처리에는 주로 플루오로알킬실레인 같은 불소계 실레인을 써요. 실레인 끝의 Si–Cl이나 Si–OCH₃ 기는 물과 반응해 Si–OH가 돼요. 이 Si–OH가 유리나 금속 산화막 표면의 –OH와 탈수 축합하면서 Si–O–Si 공유결합으로 붙어요. 반대편의 –CF₂–, –CF₃ 사슬은 바깥쪽으로 빽빽하게 늘어서 단분자막을 이뤄요. 불소는 전자를 강하게 붙잡아서 분자 간 인력이 매우 약해요. 그래서 표면 에너지가 10mN/m 안팎까지 내려가요. 그런데 평평한 면은 이렇게 처리해도 물 접촉각이 120° 정도에서 멈춰서, 나노 거칠기를 함께 만들어야 해요.

나노입자 코팅, 식각, 양극산화 등으로 미세 돌기를 만들면 물방울이 돌기 끝에만 얹히고 그 아래에 공기층이 갇혀요(캐시–백스터 상태). 액체가 닿는 면적이 크게 줄면서 접촉각이 150°를 넘고, 살짝만 기울여도 굴러떨어져요.

기름은 표면장력이 20~30mN/m로 낮아 불소 표면에서도 퍼지려 해요. 그래서 초발유 표면에는 돌기 윗부분이 버섯처럼 아래로 꺾여 들어간 리엔트런트 구조가 필요해요. 꺾인 모서리에서 액체 계면이 위로 볼록하게 버티며 기름이 틈 사이로 스며드는 걸 막아 줘요 :)

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

초수성 및 초유성 표면 구현은 불소계나 실란 계열 물질을 이용해 표면 자유에너지를 극도로 낮추는 화학적 개질과 연꽃잎처럼 미세한 나노 및 마이크로 요철 구조를 동시에 형성하는 물리적 설계의 결합으로 이루어집니다 저에너지 화합물 코팅은 액체와의 친화력을 원천적으로 차단하며 복합적인 거칠기 구조는 표면 틈새에 미세한 공기층을 가두어 액체 방울이 고체와 직접 닿는 면적을 최소화하는 카시-백스터 상태를 유도합니다 특히 물보다 표면장력이 훨씬 낮은 기름까지 완벽히 밀어내는 초유성 특성을 구현하기 위해서는 단순한 돌기를 넘어선 역진입 구조 같은 특수 기하학적 형상 제어가 필수적으로 동반됩니다. 이처럼 불소화학 기반의 저에너지 표면 제어와 계층적 나노 구조를 통한 공기층 함몰 효과가 맞물려 물과 기름 모두를 완벽하게 튕겨내는 뛰어난 발수·발유 특성이 완성됩니다