역대급 '방수' 기술 개발…"오염방지 효과 탁월"

핀란드 알토대, 나노 단위·분자 수준 방수 표면 제작 성공

물방울을 튕겨내는 분자층을 묘사한 그래픽. 핀란드 알토대 제공

과학자들이 ‘역대급’으로 발수성이 뛰어난 표면을 만들어냈다. 물이 표면에 스며들지 않도록 튕겨내는 발수성은 일상생활에서 쓰이는 다양한 제품에 필수적이다. 연구팀은 “습기로 오염되기 쉬운 표면을 청결하게 유지하는 데 유용하게 사용될 것”이라며 이번 연구의 의의를 밝혔다.

로빈 라스 핀란드 알토대 교수 연구팀은 액체와 같은 성질의 분자층을 사용해 기존에 개발됐던 어떤 표면보다 발수성이 우수한 표면을 개발한 연구 결과를 23일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처 케미스트리’에 발표했다. 나노미터(nm, 10억분의 1미) 수준에서 물방울을 미끄러지게 처리한 최초의 표면이다.

연구팀은 물방울을 잘 튕겨낼 수 있는 표면을 만들기 위해 얇은 액체층을 덮는 방식에 주목했다. 액체 표면이 스스로 수축하는 성질인 표면장력을 발수성 강화에 활용할 수 있기 때문이다. 또 액체 성질을 가진 표면은 발수성을 강화하는 방법을 찾을 때 기존 고체 표면보다 더 다양한 메커니즘을 시도할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 액체의 성질을 활용해 발수성을 높인 표면을 만드는 작업에 나섰다. 이를 위해 특별히 제작한 반응기 장치를 사용했다. 이 장치는 액체와 같은 성질을 가진 표면의 온도나 수분 함량을 아주 섬세하게 조절해 발수성이 가장 뛰어난 상태를 포착하도록 한다. 수 차례의 실험을 거쳐 고체 표면과 물방울 사이에서 작용할 수 있는 새로운 표면을 개발하는 데 성공했다.

이렇게 만들어진 표면은 나노미터 수준에서 물방울과 표면 간의 마찰력이 발생했다. 연구팀은 “개발된 표면을 실리콘 표면 위에 코팅해 분석한 결과 지금까지 개발된 표면 중 물방울이 가장 잘 미끄러지는 표면인 것이 확인됐다”며 "분자 단위에서 발수성을 구현한 것은 이번 연구가 처음"이라고 설명했다.

연구팀은 이번에 개발된 표면이 다양한 제품에 활용될 수 있다고 설명했다. 열을 보존해야 하는 파이프, 제빙기, 김 서림을 방지하는 유리창 등을 예로 들었다. 특히 의료현장에서 병원균의 확산을 막는 데 도움이 되는 방수제품 개발로 이어질 수 있다고 덧붙였다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]