초발수 표면 개발, 자가 세정‧얼음과 오염 방지에 활용

[아이뉴스24 정종오 기자] 울산과학기술원(UNIST, 총장 박종래) 연구팀이 잎벌레 구조를 모방해 물방울 충격과 수압에 강한 초발수 표면을 개발했다.

이 기술은 해양, 항공, 에너지 등 여러 산업에서 효율을 높이고 유지 비용 절감에 이바지할 것으로 전망된다.

UNIST 에너지화학공학과 이동욱 교수팀은 잎벌레와 같은 생물체에서 발견되는 오목한 구조를 생체모방했다. 이 구조를 기반으로 가혹한 환경에서도 초발수성을 유지할 수 있는 오목 기둥 형태의 표면을 구현했다.

자연에서 볼 수 있는 독창적 구조를 차용해 표면이 젖는 것을 억제하고, 기존보다 더 향상된 초발수성을 확보했다. 이 오목 기둥 구조는 기존 초발수 표면보다 충격과 수압에 대한 저항력이 뛰어난 것으로 입증됐다.

초발수성은 물이 표면에 스며들지 않고 쉽게 떨어지는 성질을 의미한다. 이 성질은 자가 세정, 얼음 방지, 오염 방지 등의 다양한 분야에 활용된다.

기존 초발수 표면은 물방울이 충격을 받거나 수압이 가해질 때 쉽게 젖는 한계가 있었다. 이를 극복하려면 안정적 젖음 방지 기능이 필요하다. 가혹한 환경에서도 초발수성을 유지할 수 있어야 한다.

연구팀은 잎벌레와 톡토기의 오목한 구조에서 힌트를 얻었다. 이 구조를 바탕으로 오목한 공극이 있는 기둥 형태의 표면을 제작했다. 이 표면은 물방울이 고속으로 충돌하거나 높은 수압의 수중 환경에서도 안정적 초발수성을 보였다.

실험 결과, 오목 기둥 구조는 일반 기둥 구조보다 약 1.6배 더 높은 충격에도 젖지 않았다. 수압이 높은 환경에서 일반 기둥 구조는 약 87%가 젖었는데 오목 기둥 구조는 단 7%만 젖었다.

오목한 공극은 물방울이 표면에 닿았을 때 공기쿠션을 형성했다. 이 쿠션이 스프링처럼 작용해 물이 표면에 스며드는 것을 방지했다. 덕분에 오목 기둥 표면은 24시간 이상 초발수성을 안정적으로 유지할 수 있었다.

이동욱 교수는 “안정적 초발수 표면 디자인에 새로운 방향을 제시했다”며 “이 디자인이 실용화된다면 다양한 산업 현장에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.

이번 연구(논문명: Enhancing Resistance to Wetting Transition through the Concave Structures)는 이진훈 박사과정생과 박진우 박사가 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Materials’에 10월 2일 온라인에 실렸다.