폴리피롤 증착 및 소수화 코팅에 따른 shedding angle

HC A100_H AF72_H AF55_H AF27_H F100_H 32.2±1.4〫 5.1±0.5〫 7.5±0.3〫 7.4±0.2〫 7.3±0.4〫 6.5±0.1〫

Table 11. Shedding angle of samples after hydrophobic coating

Figure 50. Polypyrrole diameter and shedding angle change with various ratios of oxidants.

Figure 51. Schematic illustration of the three-phase contact line from the top view[95].

산화제 조건에 따른 shedding angle의 차이는 면직물 표면에 형성된 폴리피롤 입자에 의한 나노 수준의 거칠기 차이 때문으로 풀이된다.

Figure 50은 산화제 혼합비율에 따른 폴리피롤 입자의 지름과 shedding angle의 변화를 나타낸 그래프이며, 이를 통하여 폴리피롤 입자의 크기 와 shedding angle이 부적인 선형관계에 있음을 확인할 수 있다.

Yoshimitsu 등[97]는 나노 구조에 따른 sliding angle의 특성을 살펴보 고자 지름은 동일하지만 높이가 각각 14㎛와 53㎛인 나노 필러를 실리콘 웨이퍼 위에 구현하고, 물방울 무게에 따른 sliding angle의 변화를 관찰 하였다. 그 결과 7㎎의 물방울에서는 두 나노필러의 sliding angle이 유 사하였으나, 물방울의 무게가 12㎎으로 증가하면 53㎛의 나노 필러는 sliding angle이 감소한 반면, 14㎛의 나노필러는 오히려 증가하는 것을 확인하였다. 이에 대하여 저자는 물방울이 중력에 의하여 필러 사이로 침투함으로써 Cassie 상태에서 Wenzel 상태로 전이되었기 때문으로 설 명하였다. 또한 나노구조의 구성에 따라서도 물방울의 roll-off 현상은 달 라졌다. Figure 51과 같이 나노구조를 다르게 구성하였을 때, sliding angle은 (b)-(c)-(a) 순으로 낮게 나타났는데, 이러한 현상은 물방울의 roll-off 방향에 따른 고체-액체-기체의 3가지 상이 이루는 접촉면의 길

이와 연속성 차이의 결과로 판단하였다. 즉, 3상의 접촉면의 길이가 짧고 구성이 연속적으로 이어질수록 sliding angle을 낮추는 데 보다 효과적인 표면이라고 설명하였다. 이에 접촉각을 향상시키기 위해서는 3상의 접촉 면을 감소시키는 것이 중요하지만, sliding angle을 줄이기 위해서는 3상 의 접촉 형태와 연속성이 중요하다고 언급하였다.

비록 sliding angle과 shedding angle의 측정방법이 상이하기는 하지 만 선행연구 결과에 비추어 볼 때, 본 연구에서 단독산화제 조건이 혼합 산화제 조건보다 더 낮은 shedding angle을 기록한 것은 면섬유 표면에 형성된 폴리피롤 입자에 의한 나노 거칠기가 Cassie 상태를 형성하고, 고체-액체-기체의 3상의 적절한 구성을 유도했기 때문으로 풀이된다.

A100 산화제를 사용한 경우 약 254nm의 폴리피롤 입자가 형성되었는데, 이 크기가 평균 10～15㎛의 굵기를 가지는 면섬유와 적절한 이중구조의 거칠기를 구성함으로써 물방울과의 접촉면적을 줄이고 Cassie 상태를 이 루게 되어 가장 낮은 shedding angle을 기록한 것으로 판단된다. 반면, 폴리피롤의 입자 크기가 줄어들수록 마이크로 표면에 형성된 나노 구조 의 높이가 낮고 거칠기가 균일하게 분포함에 따라 물리적인 이중구조의 거칠기가 효과적으로 구현되지 못했을 것으로 추정된다. 그 결과, 물방울 이 폴리피롤 입자 사이로 쉽게 침투하여, Wenzel 상태를 이룸으로써 고 체 표면과의 접촉면을 증가시켜 물방울이 쉽게 roll-off 되지 못한 것으 로 판단된다.

비록 폴리피롤 입자에 따른 표면 거칠기에 의하여 산화제 처리 조건 에 따른 shedding angle의 차이를 보이기는 하였지만 모든 조건에서 10°

미만의 shedding angle을 기록하여 초소수성 표면을 이루었으므로 향후 self-cleaning과 같은 추가적인 성능을 구현하기에 무리가 없을 것으로 기대된다.