670…NICE, 제30권 제6호, 2012
신기술 소개
Leidenfrost boiling은 높은 온도를 가지는 표면 위 에 액체 방울을 떨어뜨리면 급격한 기화로 인해 액체 방울이 떠 있게 되는 것으로 18세기 중반에 발견된 매 우 유명한 현상이다. 일상적으로는 가열된 프라이팬 에 물방울을 떨어뜨리면 마치 마찰 없이 구르는 것처 럼 보이는 것이 그 예다. 표면의 온도가 충분히 높으 면 안정된 기체막이 형성되어 열전달을 저해하는 역 할을 할 뿐만 아니라 고체와 액체의 계면에 존재하는 기체층의 존재로 인해 friction이 감소하게 된다. 만약 표면의 온도가 critical temperature 이하로 떨어지게 되면 안정된 기체막이 아니라 nucleate boiling 영역에 서 액체의 기화가 발생하게 되어 고체 표면은 기체층 과 액체층이 공존하게 된다. 최근에 Nature에 보고된 연구에 의하면 Vakarelski 등은 고체를 초소수성 성 질을 가지는 물질로 코팅하게 되면 그림 1에서 보는 바와 같이 넓은 온도 범위에서 안정된 기체막을 유지 하게 되는 현상을 발견하였다. [그림 1]의 (C)와 (D) 는 표면이 친수성인 경우로 초소수성 표면과는 달리 불안정은 기체막이 형성되는 것이 관찰되었다. 이상 의 결과는 표면 특성에 따라 Leidenfrost 현상을 제어 할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 향후 효과적인 열 교환기 및 유체저항을 감소시키는 새로운 기법에 응 용이 가능할 것으로 기대된다[Vakarelski et al., Nature, 448899, 274-277(2012)].
초소수성 표면을 활용한 라이덴프로스트 기체층의 안정화
(Stabilization of Leidenfrost Vapour Layer by Textured Superhydrophobic Surfaces)
그림 1. (A) (B) 초소수성 표면처리가 된 2cm 크기의 200℃
쇠구슬을 100℃의 물속에 투입했을 때 기체 상태의 안정 된 수증기 기포 막이 형성되어 쇠구슬 표면으로부터 떨 어져 나오는 현상이 발견된다. 최종적으로는 쇠구슬의 온 도는 물 온도와 동일한 100℃에 이르게 된다. (C) 만일 친 수성 표면을 가진 같은 크기의 275℃의 쇠구슬을 투입하 게 되면 film boiling(c)에서 nucleate boiling의 급격한 변화가 일어 나게 된다(D: 200℃)[Vakarelski et al., Nature, 489, 274-277 (2012)].
