고분자 나노복합체 기반 초발수 및 초발유 표면 구조의 설계와 제조에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 광학현미경을 이용한 포토리소그래피 공정과 UV 경화형 폴리우레탄 아크릴레이트와 실리카 나노입자를 사용한 간편한 스프레이 코팅을 통해 초발수 및 초발유 표면을 제작하였다. 포토리소그래피 공정에서는 포토마스크의 모양, UV 노출시간 변화에 따라 표면 구조를 조절하였으며, 스프레이 코팅 실험에서는 용매의 종류, 고분자의 농도, 분사량 조절에 따른 코팅 표면 구조의 변화를 확인하였다. 또한 만들어진 표면은 물과 오일의 접촉각 측정을 통해 초발수 및 초발유 특성을 정량화하였다. 포토리소그래피와 스프레이 코팅으로 제조된 표면의 re-entrant 구조를 분석하여 초발수 및 초발유 특성이 극대화된 표면의 메커니즘을 제시하였다. 또한, microhoodoo 구조 위에 최적화된 조건으로 스프레이 코팅하여 제조된 표면의 물과 오일의 접촉각 hysteresis는 각각 2°, 10° 이하이며 오일 방울이 표면에서 튈 정도로 우수한 초발수 및 초발유 특성을 보였다. |In this study, superhydrophobic and superoleophobic surfaces are fabricated through a photolithography system using an optical microscope and through a simple spray coating using UV-curable polyurethane acrylate and silica nanoparticles. In the photolithography process, the prepared surface structure can be controlled by the shape of the photomask and the UV exposure time. In the spray coating experiment, the prepared surface structures can be controlled by changing the types of solvents, the concentration of the polymer, and the amount of spraying. Superhydrophobicity and superoleophobicity are quantified by measuring the contact angle of water and oil, respectively. We also demonstrate the mechanism of the prepared surfaces with maximized superhydrophobicity and superoleophobicity through the analysis of re-entrant surface structures. The contact angle hysteresis of water and oil on the surface prepared by spray coating on the microhoodoo structure under optimized conditions are less than 2° and 10°, respectively. In addition, it shows excellent water-repellent and oil-repellent properties such that the oil droplet bounces off the surface.