Electrospinning/Electrospray

"연잎처럼 뽀송"…빛·전기 잘 통하는 코팅기술 개발

작성자
nanonc
작성일
2015-10-06 07:11
조회
3459
"연잎처럼 뽀송"…빛·전기 잘 통하는 코팅기술 개발
전기연, 탄소나노튜브 이용… 자동차 열선유리 등 다양한 활용
▲개발된 코팅기술을 응용해 고투과도와 전기전도성, 초발수 세정효과를 갖는 투명 기판을 만든 모습: 초발수 특성으로 인해 표면 위 물방울이 표면에 젖거나 퍼져 있지 않고 동글동글 맺혀 있다. 오른쪽 짙은 색일수록 투과도 낮아지며, 코팅 방법에 따라 투과도를 조절할 수 있다.
ⓒ2008 HelloDD.com
물이 닿아도 표면을 적시지 않고 또르르 굴러 떨어지는 연잎. 그 '자가세정 능력'을 모사한 재료 코팅기술이 개발됐다. 투명하고 전기가 잘 통해 자동차 열선유리·스마트 윈도우·대전방지·전자파 차폐 재료에 활용될 것으로 보인다.

한국전기연구원은 이건웅 재료응용연구단 박사팀이 탄소나노튜브 바인더 혼합 잉크를 이용해 '매우 투명하고 전기가 잘 통하게 하는 코팅기술'을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 기술은 연잎·나비·매미 날개 등에서 발견되는 초발수(超撥水) 자가세정(self-cleaning) 효과를 가지는 것이 특징이다.

자가세정 능력이란 물만 뿌리면 쉽게 먼지가 제거되는 능력으로 연잎 등 자연계에서 쉽게 볼 수 있다. 연구팀은 유리 등의 표면이 물이 흡수하지 않고 튕겨내는 초발수 성질을 이용, 높은 빛 투과도와 전기전도성을 지니면서도 자가세정 능력을 가지는 획기적인 재료 코팅기술을 개발했다.

연잎의 자가세정 능력은 표면에 형성된 나노수준의 물 반발성 코팅막(왁스)에 있는 나노 마이크로미터 크기의 돌기에 의해 나타난다. 나비·매미의 날개 등 자연 생물의 일부분을 크게 확대해 봐도 유사한 돌기형태가 발견된다.

나노 마이크로미터 크기의 돌기 구조는 물이 접촉하는 면적을 최소화하고 물 반발 코팅은 돌기 사이의 골에 물이 들어가는 것을 방지한다. 따라서 물은 연잎의 표면을 적시거나 달라붙지 않고 둥근 물방울 형태로 굴러 떨어지고, 표면의 먼지 등 오염물을 함께 씻겨내려간다.

▲초발수 투명전도성 기판 코팅 과정과 원리: A그림에서 기다란 것이 CNT 막대이고 파란색이 실란졸.
점선은 상호작용을 나타낸다. A의 물질을 결합해 탄소나노튜브·결합제 혼합액(B)을 만들어 잉크처럼
스프레이 방식 코팅을 해주면 된다. C그림은 코팅된 표면의 모습으로 초발수 특성을 띠는 연잎·나비
날개 구조와 유사한 구조를 나타내게 된다. 여기에 물방울을 떨어뜨렸을 때, D의 왼쪽 그림과 같이
표면이 젖지 않고 둥근 물방울 형태로 존재하며, 반대로 초친수성 물질을 바르면 D의 오른쪽 그림과
같이 표면에 퍼지게 된다. 

ⓒ2008 HelloDD.com
연구팀은 이런 연잎의 자가 세정능력을 모방하기 위해 물을 싫어하는 플루오로기를 지닌 실란(Silane : 수소화규소의 계열의 하나) 물질을 사용, 탄소나노튜브 결합제(binder) 혼합액을 제조했다.

이 용액으로 유리 등 기판 표면을 코팅할 경우 탄소나노튜브는 나노에서 마이크로 수준의 돌기 또는 기공을 형성시킨다. 이 때 표면 에너지가 작은 플루오로 실란은 물을 싫어하는 성질이 있어 연잎의 초발수 표면을 구현할 수 있다. 물을 좋아하는 실란 물질을 결합제로 사용할 경우 물이 표면에 완전히 퍼지는 초친수성 코팅도 가능하다.

연구팀은 또 높은 투과도에서 초발수성을 구현하기 위해서는 나노미터 크기의 실리카 입자를 결합제 혼합액에 첨가, 보다 미세한 나노미터 크기의 기공과 돌기를 형성시켰다. 이를 통해 물의 퍼짐현상을 극단적으로 제한해 고투과도의 초발수 표면을 구현했다는 것이 연구팀의 설명.

기존 탄소나노튜브를 이용한 초발수 코팅은 기판에 탄소나노튜브를 직접 성장시키거나 전도성 고분자로 분산된 용액을 코팅하는 방식. 이런 기술은 투과도를 고려하지 않은 불투명한 코팅방식이라 광소자·투명 윈도우에는 적용이 불가능했다.

한중탁 박사는 "개발된 기술은 기존의 대전방지·전자파 차폐 등 기능성에 고투과도와 자가세정 능력을 부여한 것"이라며 "고투과도와 자가세정 능력 그리고 발열히터 특성이 동시에 요구되는 자동차의 열선유리·스마트 윈도우·대전방지 코팅·전자파 차폐 코팅 등에도 다각적으로 활용이 가능하다"고 설명했다.

연구결과는 신재료분야의 세계적 권위지인 어드밴스드 머터리얼스 (Advanced Materials) 8월 온라인판에 게재됐다.

▲연잎·나비·매미의 초발수 돌기구조: 초발수 투명전도성 기판을 확대해 보면 초발수 특성을 띠는 연잎 등의 돌기구조와 유사한 형태를 나타내게 된다.
ⓒ2008 HelloDD.com

<대덕넷 박태진 기자> bluetomato33@HelloDD.com     

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