이동욱 울산과학기술원(UNIST·총장 박종래) 에너지화학공학과 교수팀이 잎벌레 구조를 모사해 물방울 충격과 수압에 강한 초발수 표면을 개발했다. 해양, 항공, 에너지 등에서 관련 제품 효율 향상과 유지 비용 절감에 기여할 전망이다.
이동욱 교수팀은 잎벌레 같은 생물체가 지닌 오목한 구조의 생체를 모사해 가혹한 환경에서도 초발수성을 유지할 수 있는 오목 기둥 형태의 표면 구현에 성공했다. 자연 속 구조를 차용해 표면이 젖는 것을 억제하고 기존보다 더 향상된 초발수성을 확보했다.
초발수성은 물이 표면에 스며들지 않고 쉽게 떨어지는 성질로 자가 세정, 얼음 및 오염 방지 등 다양한 분야에 활용된다. 기존 초발수 표면은 외부 충격이나 수압이 가해지면 쉽게 젖는 한계가 있었다.
이 교수팀은 잎벌레와 톡토기의 오목한 구조에서 힌트를 얻어 오목한 공극이 있는 기둥 형태 표면을 제작했다. 이 표면은 물방울이 고속 충돌하거나 높은 수압의 수중 환경에서도 안정적 초발수성을 나타냈다. 오목한 공극이 공기 쿠션을 형성해 스프링처럼 작용하면서 물방울이 스며드는 것을 방지했다.
실험 결과, 오목 기둥 구조는 일반 기둥 구조보다 약 1.6배 충격에 강했고, 고수압이 환경에서는 일반 기둥 구조가 약 87%가 젖은 반면, 오목 기둥 구조는 단 7%만 젖었다.
이동욱 교수는 “안정적인 초발수 표면 디자인 개발에 새로운 방향을 제시했다. 초발수 기능이 필요한 다양한 산업 현장과 제품 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 나노 및 소재기술개발사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 10월 2일자 온라인에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com