POSTECH 이효민 교수팀, 초발수성 김 서림 방지 코팅 기술 개발

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학공학과 이효민 교수, 김동표 교수, 통합과정 윤종선씨 연구팀은 나노 구조체 위에 마이크로 구조체를 구현해 김 서림과 반사, 자가 세정이 동시에 가능한 새로운 표면을 선보였다. 

이 연구성과는 재료공학 분야 세계 정상급 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’의 내부 표지(Inside back cover)로 최근 선정됐다.

일상생활에서 접할 수 있는 투명 디스플레이부터 미래 기술이 집약된 디지털 렌즈에 이르기까지 광학용 투명 기판이 폭넓게 사용되고 있다. 

이러한 기판들은 어떠한 환경에도 우수한 광학적 성질을 유지해야 하는데 김 서림 현상이나 잦은 접촉으로 인해 표면이 쉽게 오염될 수 있다. 

이런 문제들을 해결하기 위해 김 서림 방지(Antifogging)와 자가 세정(Self-cleaning) 코팅 기술이 연구되고 있다. 하지만 두 가지 기능은 각각 서로 상반되는 표면 젖음 성질을 요구하기 때문에 이를 하나의 표면에 동시에 구현하는 데는 큰 걸림돌이 있었다. 

연구팀은 물을 좋아하는 고분자-실리카 나노 복합체에 주목했다. 나노 복합체의 경우, 공기 중의 물 분자들이 모세관 응축 현상에 의해 모여들기 때문에 김 서림 환경에서도 투명한 채로 남아있다. 

반면, 낮은 표면 에너지의 마이크로 구조체는 표면에 흡착되는 여러 오염 물질들을 외부 물방울에 의해 손쉽게 제거할 수 있도록 한다.

연구팀은 이러한 나노 구조체 위에 마이크로 구조체를 전사한 새로운 구조를 통해 김 서림 방지와 자가 세정이 동시에 되는 습식기반 초소수성 김 서림 방지 코팅(wet-style superhydrophobic antifogging coating)을 제안했다. 

그 결과, 기저 나노 복합체를 통해 물 분자를 흡수하고 불소계 고분자 패터닝을 통해 물방울을 반발함으로써 두 가지 상반된 기능이 동시에 가능한 것으로 확인됐다. 

  

이효민 교수는 “이번 연구는 김 서림 방지 코팅을 제조하는 새로운 방법을 제시했다”며 “이 코팅 기술은 자율주행 자동차나 로봇 등 어떠한 환경에도 우수한 광학적 성질을 유지해야 하는 고부가가치 센서에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이 연구는 한국연구재단 신진연구지원사업과 전략형 국제공동연구사업, 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.