신기술: 새로운 배액 표면 성능 재업그레이드

비록 견고하고 내구성이 있는 배액표면의 응용전망이 아주 밝지만 이를 대규모로 보급하기전에 또 일부 문제를 해결해야 한다.내구성 평가 방법의 합리적인 선택과 통일화 문제를 해결하고 내구성을 높이는 전략을 최적화하며 우수한 척액 표면 가공 방법을 개발하는 것은 견고한 내구형 척액 표면의 공업화 응용을 추진하는 데 중요한 의미를 가진다.

연잎은"진흙에서 나와도 물들지 않는다."돼지우리풀은 그와 접촉한 곤충을"미끄러져"시장 안으로 들어간다;탄미충은 물이나 기름 표면에 떠다닐 수 있다;물고기가 물에 있을 때 유류는 그 몸 표면에 달라붙지 않는다...이 동식물들이'초능력'을 가진 이유는 배액 표면을 가지고 있기 때문이다.

배액표면은 방수, 자체청결, 결빙방지, 부식방지, 류체조통제, 생물의학 등 면에서 거대한 응용전망을 보여주었으며 생체모방제조, 미류통제 등 분야의 학자들의 광범한 주목을 받았다.그러나 대부분의 척액 표면은 내구성이 약하고 현실 환경에서 쉽게 파괴되어 척액성을 잃어 실제 응용을 크게 제한합니다.

과학연구일군은 배액표면의 내구성이라는 이 문제에 대해 대량의 연구사업을 전개하였고 여러가지 돌파적인 성과를 거두었다.최근 천진대학 기계학원 강사 진발택은 국제정기간행물 ≪ 화학학회평론 ≫ 에 종합서술을 발표하여 최근년간 견고한 내구형척액표면의 연구현황을 총화하고 당기 표지론문으로 선발되였다.

생물을 참고하여, 배액 표면의"초능력"을 폭로하다.

연잎이 우수한 자체 청결 성능을 가지고 있는 것은 그 표면이 초소수성을 가지고 있기 때문이며, 물방울이 연잎 표면에 구형으로 되어 있어 쉽게 굴러 떨어져 부착된 먼지를 가져간다;돼지우리풀의 병모양 포충장 내벽은 전형적인 액체관주 초활표면이다.탄미충이 습한 환경에서 생존할 수 있는 것은 표피의 초소유성 덕분이다;어류는 비늘 표면이 수층을 단단히 흡착하기 때문에 유류가 표면과 직접 접촉할 수 없게 되고, 나아가 수중 초소유성을 나타낸다......표현은 각기 다르지만 초소수성, 초소유성 등의 성능을 가진 표면은 모두 척액표면에 속한다.

"척액 표면은 액체에 젖기 어렵고 액체가 그 위에 떨어지면 쉽게 굴러떨어지거나 미끄러지는 표면을 가리키며, 주로 초소수 표면, 초소유 표면과 액체가 주입되는 초미끄러운 표면 등을 포함한다."진발택이 말했다.

최근 몇 년 동안 연구원들은 이러한 생물의 계발을 받아 배액 표면에 대해 광범위하고 깊이 있는 연구를 진행하여 배액 표면이 생체 모방 제조, 미나 가공, 표면 공정, 계면 화학 등 분야에서의 발전을 크게 풍부하게 하였다.

"척액 표면의 미세 나노 거친 구조와 특수 화학 성분으로 인해 척액성이 있다."진발택은 공기 중의 초소수와 초소유 표면은 마이크로나노미터 척도의 거친 구조와 저표면 에너지의 화학 성분 등의 특징을 가지고 있다고 설명했다.이 종류의 표면과 액체 접촉을 테스트할 때 고-액 사이에 공기층 (공기매트라고도 함) 을 형성하여 액체가 거친 구조로 스며드는 것을 방해하고, 액-가스 접촉 면적이 고-액 접촉 면적보다 훨씬 커서 액체가 이 종류의 표면을 적실 수 없기 때문에 초소수성 또는 초소유성을 나타낸다.수중 초소유 표면과 액체가 주입된 초활 표면의 경우, 그 미나의 거친 구조는 물이나 주입된 윤활 액체를 단단히 잠그고 그 표면에 안정적인 액체층을 형성할 수 있다.액체층과 서로 용해되지 않는 시험액체가 이런 표면과 접촉할 때 이 액체층은 표면과 시험액체 사이의 직접적인 접촉을 효과적으로 저애하여 수중의 초소유성이나 초미끄러운 특성을 가지게 한다.

그러므로 배액표면을 가공하는 관건은 적합한 미나조잡구조를 구축하고 적합한 특수화학성분을 조달하여 이런 류형의 표면과 시험액체의 접촉을 보장할 때 량자간에 공기층 또는 불호용액체층이 존재하는데 있다.

바로 우수한 척액성과 극히 작은 고-액 접촉 면적 덕분에 척액 표면은 방수, 자체 청결, 유체 저항, 결빙 방지, 부식 방지, 유체 체조 제어, 유수 분리, 항생물 퇴적, 강화 전열, 고감도 화학 및 의학 검측, 유체 에너지 전환 발전 등 장면에서 비교적 큰 응용 전망을 가지고 있다.

단점을 보완하여 배액 표면의 견고한 내구성을 높이다

최근 몇 년 동안 척액 표면에 관한 연구는 비교적 큰 진전을 거두었지만, 대부분의 척액 표면은 강도가 낮고 내구성이 떨어져 현실 환경에서 쉽게 파괴되어 척액성을 잃는다.견고한 내구성의 결핍은 배액표면의 대규모적인 보급과 공업화응용을 크게 제한하였다.

진발택은 다음과 같이 표시했다. 방수우산을 례로 들면 모조연잎의 초소수표면은 이미 방수우산의 제작에 응용되였다. 그러나 고속빗방울의 충돌, 접힘구부러짐, 마찰 등 실제응용에서 비교적 쉽게 부딪칠수 있는 장면은 모두 초소수표면을 실효시킬수 있으며 방수우산의 성능과 내구성에 영향을 주어 이런 종류의 방수우산이 대규모로 보급되기 어렵게 되였다.해공 장비의 경우, 초소수 표면이나 초미끄럼 표면은 선체의 저항을 줄이고 생물학적 퇴적을 방지할 수 있지만, 상술한 표면이 바닷물에 담그면 쉽게 부식되고 침투하며, 배액성이 오래 유지되지 않기 때문에 해공 장비 분야에서 널리 응용되기 어렵다.따라서 척액 표면의 내구성을 높이고 일련의 척액 표면 응용을 제한하는 문제를 해결하는 것은 그 실제 응용을 추진하는 데 매우 중요한 의미를 가진다.

"척액 표면의 내구성은 주로 열역학적 내구성, 기계적 내구성, 화학적 내구성 세 가지를 포함한다."진발택은 다음과 같이 표시했다.열역학적 내구성은 액체 표면의 공기층이나 액체층이 확산, 증발, 응축 등 열역학 과정 중의 안정성을 가리키며, 일반적으로 수격 압력, 침포, 증기 응축, 액적 증발, 중력 유입 등의 방법을 증가시켜 평가할 수 있다.기계 내구성 배척액 표면이 외력 작용하에 그 윤습성을 유지하는 능력은 일반적으로 절단 마모, 동적 충돌, 테이프 박리, 기체 변형 등의 방법을 통해 테스트할 수 있다;화학 내구성 배척액 표면의 각종 화학적 요인에 의한 안정성은 일반적으로 산염기염 부식, 자외선 조사, 활성 입자 처리, 유기용제 침포, 고저온 처리 등의 방법으로 측정할 수 있다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 재료 표면 구조와 성분의 조절에 기초하여 배액 표면의 내구성을 높이는 네 가지 전략을 제시했다.

제1류는 기체재료나 표면화학성분을 최적화하여 내구성이 좋은 기체재료나 표면수식제를 선택함으로써 척액표면의 기계적내구성과 화학적내구성을 효과적으로 개선하는것이다.

두 번째 유형은 특수한 미나 구조를 설계하는 것이다.례를 들면 미구조의 기하형상과 치수매개변수를 최적화하여 미구조의 기계강도를 높이고 척액표면의 기계내구성을 개선한다.배액 표면 공기층 또는 액체층의 안정성을 높이고 열역학적 안정성을 높이기 위해 오목한 각도 구조 또는 나노 구조를 설계한다;유사 미나 구조를 통해 척액 표면에 기계적 마모나 화학적 부식이 발생한 후 원표면과 유사한 거친 구조와 화학적 성분을 노출시켜 척액성을 유지한다.마이크로나 복합구조에서는 기계적 강도가 상대적으로 높은 마이크로미터 구조가'갑옷'과 유사한 역할을 하도록 해 취약한 나노구조를 보호함으로써 배액 표면의 기계적 내구성을 개선한다.

세 번째는 접착제 보조 등의 방법을 통해 배액 코팅과 기저 사이의 연결 강도를 강화함으로써 이 배액 표면의 기계적 내구성과 화학적 내구성을 현저하게 향상시키는 것이다.

네 번째 유형은 자가 치유성을 가진 척액 표면을 제조하여 척액 표면이 척액성을 잃은 후 스스로 회복할 수 있도록 하여 척액 표면의 영구적인 실효를 피한다.

전망이 밝으니, 대규모 보급은 여전히 여러 가지 문제를 해결해야 한다.

견고한 내구형 배액표면 관련 기술이 지속적으로 발전함에 따라 우리는 동식물의'초능력'을 이용하여 배액표면을 일상생활, 기계, 에너지, 화학공업, 생물, 재료 등 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.예를 들어 방수 자체 청결 직물과 건축물, 부식 방지 수중 항행기와 유체 운송 파이프, 결빙 방지 제빙 항공기 날개, 자체 청결 태양 전지 덮개, 고감도 배열 센서 등이다.

"견고하고 내구성이 뛰어난 배액 표면의 전망은 밝지만, 그것을 대규모로 보급하기 전에 몇 가지 문제를 해결해야 한다."진발택은 다음과 같이 인정했다.

우선 견고한 내구형 배액 표면의 내구성 평가 방법의 합리적 선택과 통일화를 해결해야 한다.이 문제의 해결은 견고한 내구성 배액 표면 분야의 규범화 발전을 추진하는 데 중요한 역할을 할 것이다.이어 "견고한 내구형 척액 표면의 내구성을 평가하는 방법은 실제 응용 장면에 따라 합리적으로 선택해야 한다"며 "예를 들어 초소수 건축물 지붕은 빗방울 충격, 산성비 부식, 자외선 조사 등에서 내구성을 먼저 고려해야 한다"고 덧붙였다.진발택은 이렇게 설명했다.

둘째, 견고한 내구성 배액 표면의 내구성을 높이는 전략을 최적화해야 한다.기존 전략은 이러한 표면 내구성에 대한 개선에 한계가 있으며, 대부분 열역학적 내구성, 기계적 내구성 또는 화학적 내구성 이 세 가지 측면 중 한 가지 측면만을 대상으로 한다.기존 방법을 교묘하게 최적화하고 기존 전략의 시너지를 발휘할 수 있다면 척액 표면의 내구성을 더욱 높여 견고한 내구형 척액 표면의 실제 응용을 추진할 수 있을 것이다.

마지막으로 견고한 내구성 배액 표면의 저비용, 녹색, 대면적의 우수한 가공법을 개발해야 한다.현재의 대량의 견고한 내구형 배액 표면의 가공 방법은 대부분 절차가 복잡하고 원가가 높으며 환경오염에 심각한 등 문제가 존재한다.이러한 문제들은 견고한 내구성 배액 표면의 대면적 가공과 실제 응용을 제한합니다.

"간단하고 저비용, 녹색, 규모화 생산이 가능한 배액 표면 가공 방법을 개발하는 것은 견고한 내구성 배액 표면의 공업화 응용을 추진하는 데 중요한 의의를 가진다."진발택은 다음과 같이 표시했다.