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부산대학교 나노과학기술대학 연구진이 안경․고글 등에 김 서림을 방지하고 기능이 더욱 선명하게 향상될 수 있는 '초발수 기능 획기적 향상 원리'를 발견한 연구결과를 발표해 관심을 끌고있다.
부산대 나노대 광메카트로닉스공학과 신보성(3차원혁신제조연구센터장)·정명영 교수와 인지메카트로닉스공학과 대학원 김두인 교수, 조상욱 박사 등 연구진이 최근 미세한 마이크로 나노 패턴을 통한 초발수 표면에서의 액적(물방울) 움직임의 특성을 분석해 김 서림 방지와 초발수 극대화를 위한 최적의 패턴 제작에 필요한 공정을 알아냈다고 26일 밝혔다.
연구결과를 응용할 경우, 소방대원의 고글과 발전소·스포츠·레저 등 다양한 분야에 활용되는 안경 및 고글의 기능이 더욱 선명하고 안전하게 향상될 것으로 전망된다.
이같은 연구 결과는 'Diverging Effects of Topographical Continuity on the Wettability of a Rough Surface'라는 제목으로 신소재 분야의 유력 국제 학술지인 『미국화학회 응용재료 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces)』지에 지난 10월 중순에 소개됐다.
이번 연구는 물방울이 공기와 닿는 면적과 접촉면 패턴에 닿는 면적 등을 계산해, 표면의 에너지와 물방울의 움직임 에너지 간의 밸런스 값을 얻어냄으로써 어떤 모양으로 표면에 패턴을 새겨 넣어야 안경·고글에 김이 서리는 것을 방지하고 초발수성을 높일 수 있는지를 이론적으로 밝히고 있다.
물을 흡수하지 않고 튕겨내는 ‘초발수(超發水)’ 표면은 전자기기, 건축용 필름, 자동차용 필름, 방수·발수 필름 등과 같이 다양한 산업에 응용된다. 특히 안경 및 고글에 적용할 경우 개인 안전 및 생명 구조와 밀접한 관계를 가지게 된다는 것이다.
연구진은 기존의 물방울 움직임 연구에서 가장 문제가 됐던 '물방울이 흘러내리지 않고 표면에 붙어 있는 피닝현상(Pinning)'의 발생 원인을 표면 에너지와 물방울 에너지의 밸런스 불균형에서 찾고, 패턴의 형태 및 분포를 단계별로 검증한 결과 에너지의 균형이 이뤄지는 시점에서 물방울이 표면에서 떨어져나가는(흘러내리는) 초발수 효과가 극대화됨을 확인했다.
이 과정에서 마련한 이론적 수식의 각 항을 매핑(mapping)해 실제적으로 에너지 밸런스를 맞출 수 있으며, 이를 통해 초발수에 가장 효과적인 패턴을 설계·제작하는 데 필요한 공정 기술을 구현할 수 있다고 연구진은 밝혔다.
신보성(3차원혁신제조연구센터장) 교수는 “산업용 초발수 구조체 표면 제작의 새로운 시도”라며 “향후 ICT(정보통신기술) 융합제품의 발수 표면이 헬멧·고글·안전모 등 개인 안전 및 산업 안전 분야에 응용될 가능성은 무궁무진하다"고 밝혔다. 또한 "초발수 표면의 물방울의 움직임은 에너지 조절을 통해 수분의 포집 및 이송, 습윤 방지 및 배출, 바이오 칩의 액적 이송, 무동력 모터 등 다양한 분야에 응용 가능할 것"이라고 기대감을 나타냈다.
