수증기 응결 현상 활용, 저비용·고효율 ‘마이크로 스케일 계층적 초발수 표면’ 제작 기술 개발

학부생(강정한·남승윤) 주도로 이룬 쾌거… 태양광 패널·선박 등 다양한 산업 현장 혁신 기대

왼쪽부터 동아대 기계공학과 이성호 교수, 제1저자 강정한 학생.

동아대학교(총장 이해우)는 기계공학과 이성호 교수 연구팀이 수증기의 응결(Condensation) 현상을 활용해 마이크로 스케일의 계층적 초발수 표면을 쉽고 저렴하게 제작할 수 있는 공정 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

이 교수 연구팀이 진행한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Small Methods’에 최근 온라인 게재됐다.

‘Small Methods’는 피인용지수(Impact Factor) 9.1에 달하는 세계적 권위의 학술지로, 이번 논문 제목은 ‘Facile Fabrication of Superhydrophobic Surfaces with Hierarchical Structures via Water Vapor Condensation(수증기 응결을 통한 계층적 구조의 초소수성 표면 손쉬운 제작)’이다.

이번 성과는 학부연구생이었던 강정한, 남승윤 학생이 주도적으로 연구를 수행해 저명 학술지에 당당히 제1저자로 이름을 올렸다는 점에서 학생 연구 역량을 입증한 뜻깊은 결과다.

연꽃잎이 물에 젖지 않고 깨끗함을 유지하는 ‘연꽃잎 효과(Lotus effect)’를 모사한 초발수 표면은 자가세정 및 마찰 감소 등 활용도가 높지만, 기존에는 고가의 장비와 복잡한 미세 가공 공정이 필수적이라는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 자연적인 ‘수증기 응결’ 현상에 주목했다. 열전 소자를 이용해 기존 마이크로 구조체 위에 공기 중의 수증기를 응결시키고, 이를 급속 동결시켜 복제하는 방식으로 마이크로 스케일의 계층 구조를 손쉽게 제작해 냈다.

이렇게 개발된 초소수성 표면은 물방울과의 접촉각이 160.4도, 굴림각(Sliding Angle)이 13.3도에 불과한 뛰어난 초발수 특성을 보였다. 특히 물방울이 표면에 부딪힐 때 넓게 퍼졌다가 튕겨 나가는 ‘팬케이크 리바운딩(Pancake bouncing)’ 현상을 성공적으로 관찰·분석해 발수 효과를 이론적으로 검증했으며, 자가세정 테스트에서도 단 0.5mL의 물방울만으로 표면 오염물질을 98.7% 제거하는 놀라운 세정 효율을 달성했다.

제1저자인 강정한 학생은 “수많은 실험과 시행착오 끝에 자연 현상에서 얻은 아이디어를 미세공정 기술로 승화시킬 수 있어 큰 보람을 느꼈다”며 “올해 3월부터 본교에서 석사과정을 시작하게 되었는데, 이번 연구를 시작으로 마이크로·나노 공학 분야 발전에 도움이 되는 연구자로 성장하고 싶다”고 소감을 밝혔다.

이성호 교수는 “본 기술은 넓은 면적에 저비용으로 초소수성 표면을 제작할 수 있는 혁신적 방법”이라며 “앞으로 태양광 패널, 외벽 자가세정, 선박의 마찰 저항 감소 등 다양한 산업 현장에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.