연구실 소개
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중앙대학교 화학신소재공학부의 계면 및 표면공 학 연구실은 나노/마이크로 스케일에서 계면과 표 면을 조절하고 이에 대한 분석 및 응용 연구를 수행 중이다. 특히 고체-액체, 고체-기체, 액체-기체 계 면들 및 물과 기름과 같이 섞이지 않는 액체들 사이 의 계면에서 일어나는 다양한 현상들을 이해하고 응 용하는 연구에 집중하고 있다. 현재 연구실에서 수 행하고 있는 연구는 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
① 초발수/발유 특성을 지니는 비습윤 표면 혹은 정 반대의 성질을 지니는 초친수/친유성 특성을 지니 는 습윤 표면을 다양한 기판위에 구현하여 습윤성 질(Wetting) 및 흡착력(Lateral Adhesion) 등의 물리 적 특성을 분석하고 이를 여러 응용분야에 적용하
고 있다. 또한 ② 콜로이드들로 구성된 수프라입자 (Supraparticle)를 비습윤 표면 위에서 합성하는 방법 을 개발하고 수프라입자에 다양한 기능성을 부여하 여 응용하는 연구를 수행한다. ③ 액체와 고체 간의 강한 흡착을 이용하여 더욱 효과적인 먼지포집이 가 능한 차세대 필터를 개발하고 응용하는 연구를 수행 한다.
주요 연구분야
(1) 습윤/비습윤 표면
본 연구실에서는 고체표면의 표면에너지(Surface Energy) 및 구조 조절을 통한 다양한 습윤 및 비습윤 표면을 구현하고 액체와의 물리적 계면특성을 분석
중앙대학교 계면 및 표면공학 연구실
(Interface and Surface Engineering Laboratory, Chung-Ang University)
우상혁
중앙대학교 계면 및 표면공학 연구실 [email protected]
그림 1. 다양한 종류의 비습윤 표면.
연구실 소개
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 37, No. 3, 2019 … 371 하는 연구를 수행 중이다. 각각 물에 대한 습윤 및 비
습윤 특성을 보이는 친수성과 소수성 표면, 기름 등 무극성 용매에 대한 습윤 및 비습윤 특성을 갖는 친 유성과 소유성 표면 등 다양한 표면들을 개발하고 있으며, 이를 이용한 응용연구들을 수행한다.
금속 및 산화금속 바탕의 습윤 표면은 메쉬 등 기 공성 기판에 구현 시 물 만을 선택적으로 투과시키 는 기름-물 분리막(Oil-Water Seperation Membrane) 으로 이용 가능하여, 이를 활용한 물로부터의 빠른 기름분리에 이용하고자 한다. 또한 본 연구실이 개 발한 유연성 실리콘고분자 브러쉬로 구성된 새로 운 비습윤 표면은 박테리아 및 해생물 등에 대한 높 은 비흡착력을 유지하는 우수한 안티바이오파울링 (Antibiofouling) 효과를 보임을 확인하여 생체재료 및 해양산업에 이용되는 표면에 활용하는 연구가 진 행되고 있으며, 얼음에 대한 높은 비흡착력으로 얼 음의 형성을 늦추고 형성 후에도 쉽게 탈착 가능한 안티아이싱(Antiicing) 표면으로써도 우수한 효과를 보임을 확인하여 특히 비행체 표면에 구현하기 위한 연구를 수행 중에 있다.
(2) 수프라입자
수프라입자(Supraparticle)는 콜로이드로 이루어진 콜로이드조립(Colloidal Assembly) 형태의 입자이다.
본 연구실은 증발유도자기조립(Evaporation Driven Colloidal Assembly) 수프라입자 합성법을 개발하여 이를 이용해 다양한 기능성 및 구조를 지닌 수프라 입자를 합성하고 응용하는 연구를 수행 중이다. 증 발유도자기조립은 콜로이드 분산액 방울을 비습윤 표면에서 증발시켜 합성하는 방법으로써 입자의 구 성물질 및 크기 조절이 용이하고 합성 후 추가적인 정제과정 없이 바로 입자의 이용이 가능하다. 또한 용매로 물을 이용 시, 단순히 물의 증발을 통해 합성 이 진행되기 때문에 매우 친환경적인 합성이며, 다 양한 생체재료를 열이나 용매에 의한 손상 없이 입 자로 구현할 수 있어 바이오 응용분야 등에 적합한 합성법이다. 본 연구실에서는 크기뿐만 아니라 다양 한 기공 및 모양의 입자를 합성하는 방법을 개발 중 에 있으며, 효소(Enzyme) 및 단백질 등의 바이오물 질들을 함유한 다기능성 수프라입자를 구현하여 응 용하는 연구를 수행 중이다.
(3) 먼지포집 필터
현재 다양한 분야에서 가장 널리 이용되고 있는 HEPA(High Efficiency Particulate Air)와 같은 고체필 터는 고체필터-고체미세먼지 간 약한 흡착력의 한 계로 필터의 기공보다 큰 먼지를 여과하는 방식으로 미세먼지를 포집한다. 하지만 이 경우 초미세먼지
그림 2. 비습윤 표면을 이용한 증발유도자기조립 수프라입자 합성.
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와 같이 작은 먼지를 여과하기 위해선 더욱 더 작은 기공이 필요하고 이는 막대한 압력손실을 발생시키 게 되는 문제가 있다. 본 연구실은 고체표면 위에 안 정적인 액상박막을 구현하고 이를 통해 고체(미세먼 지)-액상박막 간의 강한 흡착이 가능한 ‘액상박막필 터’를 개발하여 응용하는 연구를 수행 중이다. 액상 막과 고체기판 간의 계면에너지 조절을 통해 구현된 수십 나노미터 두께의 안정적인 액상박막은 기존 고 체 필터 대비 먼지에 대해 약 10~30배 가량 강한 흡 착을 보이며, 이를 바탕으로 낮은 압력손실의 기판 에서도 보다 효과적인 먼지 포집을 가능하게 한다.
본 연구실은 또한 이 새로운 개념의 필터에 대한 실 증, 정량분석 및 최적화 연구를 수행하고 있으며, 이 를 바탕으로 다양한 분야에 적용하여 액상박막필터 를 이용한 새로운 대기오염저감 플렛폼을 구축하는 것을 궁극적 목표로 한다.
연구실 구성원
본 연구실은 2019년 4월 현재 석사과정 석박통합 과정 1명, 석사과정 4명, 학부연구생 1명 등 총6명으 로 구성되어 있다.
그림 3. 먼지입자의 고체표면(왼쪽) 및 액체필름(오른쪽)에 대한 흡착거동.
그림 4. 액상박막필터의 강한 흡착에 의한 먼지포집.
