자가세정이란 외부의 기계적 또는 화학적 조력 없이 먼지나 이물질로부터 깨끗한 표면을 유지하는 현상이다. 자가세정 표면은 마이크로/나노 복합 돌기 구조로 인해 초소수성을 갖고 높은 표면 접촉각을 나타낸다. 자가세정 표면을 제작하는 다양한 기계적/화학적 방법이 있지만, 표면의 구조물이 파손되거나 코팅 표면이 손상될 경우, 그 성질을 잃게 되어 표면을 재가공 하거나 반복적인 코팅을 해야만 하는 근본적인 문제점이 있다. 본 연구에서는 연꽃 잎 표면의 마이크로/나노 복합 구조물을 모사하여 나노 구조물이 표면에 코팅된 초소수성 마이크로 캡슐을 이용한 자가세정 마이크로 캡슐 코팅 표면을 제조하였다. 표면에 손상이 가해져 구조물이 파손되더라도 ...
자가세정이란 외부의 기계적 또는 화학적 조력 없이 먼지나 이물질로부터 깨끗한 표면을 유지하는 현상이다. 자가세정 표면은 마이크로/나노 복합 돌기 구조로 인해 초소수성을 갖고 높은 표면 접촉각을 나타낸다. 자가세정 표면을 제작하는 다양한 기계적/화학적 방법이 있지만, 표면의 구조물이 파손되거나 코팅 표면이 손상될 경우, 그 성질을 잃게 되어 표면을 재가공 하거나 반복적인 코팅을 해야만 하는 근본적인 문제점이 있다. 본 연구에서는 연꽃 잎 표면의 마이크로/나노 복합 구조물을 모사하여 나노 구조물이 표면에 코팅된 초소수성 마이크로 캡슐을 이용한 자가세정 마이크로 캡슐 코팅 표면을 제조하였다. 표면에 손상이 가해져 구조물이 파손되더라도 소수성을 유지할 수 있도록 자기치유 기능을 부여하고자 초소수성 오일을 마이크로 캡슐 내부에 담지하여, 외력에 의해 캡슐이 파손되면 오일이 외부로 방출되어 표면을 코팅함으로써 장기 신뢰성을 갖는 코팅 표면을 제작하였다. 소수성 오일을 내부에 담지하는 코어-쉘 형태의 이중 액적을 형성하기 위해, 서로 다른 직경의 미세 유리 모세관을 정렬하여 집중 유동을 형성하는 마이크로 채널 디바이스를 제작하였다. 유체는 시린지 펌프를 이용하여 디바이스 내부로 입력 유량을 제어하며 주입되고, 채널 내부에서 이중 액적이 형성된다. 내부에 봉입되는 초소수성 오일로는 CYTOP을 사용하였고, 마이크로 캡슐의 껍질은 광경화성 ETPTA를 사용하였다. 출구로 배출되는 액적은 자외선 램프에 의해 껍질이 광경화 됨으로써 오일을 내부에 봉입하는 코어-쉘 형태의 마이크로 캡슐이 제작된다. 캡슐의 크기, 내부에 봉입되는 오일 코어의 직경, 캡슐 껍질의 두께 및 단위 시간당 액적의 생산량은 각 유체의 입력 유량을 제어함으로써 조절할 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 코어-쉘 이중 액적을 현미경을 이용해 관찰한 결과, 내부에 오일이 성공적으로 봉입되어 있음을 확인하였고, 주사전자현미경을 이용해 관찰한 결과, 광경화 이후 캡슐의 껍질이 성공적으로 제작되었음을 확인하였다. 마이크로 캡슐의 표면에 나노 구조물을 제조하기 위해, 폴리아닐린(PANI) 중합 공정을 적용하였다. 희석 PANI 중합법을 이용하여 마이크로 캡슐 표면에 20-40 나노미터 크기의 나노 구조물을 성공적으로 제조하였다. 이를 통해 연꽃 잎을 모방하는 마이크로/나노 복합 구조를 갖는 자가세정 마이크로 캡슐을 성공적으로 제조하였다. 자가세정 마이크로 캡슐을 유리 기판에 코팅하여, 외력으로부터의 소수성 회복 정도를 측정하는 실험을 수행하였다. 자가세정 마이크로 캡슐 코팅 표면 접촉각은 140도이고, 마이크로 캡슐이 외력에 의해 파손되어 오일이 방출된 표면의 접촉각은 118도를 나타내었다. 이는 자가세정 마이크로 캡슐의 내부에 봉입되어 있던 오일이 성공적으로 방출되어 표면의 소수성을 복원시켰음을 의미한다. 또한, 자가세정 마이크로 캡슐의 크기별 표면 접촉각의 변화를 측정하였다. 표면 구조물 손상 이전의 캡슐 코팅 표면은 마이크로/나노 복합 구조물로 인해 구조물 사이에 공기층이 존재하는 Cassie-Baxter 모델과 유사한 접촉각 경향성을 나타냈으나, 구조물 파손 이후에는 크기에 따른 영향은 상쇄되고 캡슐화 되어 있던 오일에 의한 소수성 회복 효과가 지배적인 것을 확인하였다. 이를 통해 자가세정 마이크로 캡슐을 이용하여 소수성 코팅 표면을 캡슐의 크기별로 성공적으로 제작하였고, 외력으로 인한 구조물 파손으로부터 소수성 회복 기능이 성공적으로 구현되었음을 확인하였다. 향후 다양한 응용분야에 적합한 크기와 껍질 두께를 갖는 자가세정 마이크로 캡슐을 제작하여 자가세정 기능의 자가회복을 적용해 보고자 한다. 또한 캡슐에 기계적 힘을 가한 파손뿐만 아니라, 열이나 pH 등의 다양한 조건을 적용한 캡슐 파손 및 PANI의 전도성을 이용한 연구를 진행하고자 한다.
자가세정이란 외부의 기계적 또는 화학적 조력 없이 먼지나 이물질로부터 깨끗한 표면을 유지하는 현상이다. 자가세정 표면은 마이크로/나노 복합 돌기 구조로 인해 초소수성을 갖고 높은 표면 접촉각을 나타낸다. 자가세정 표면을 제작하는 다양한 기계적/화학적 방법이 있지만, 표면의 구조물이 파손되거나 코팅 표면이 손상될 경우, 그 성질을 잃게 되어 표면을 재가공 하거나 반복적인 코팅을 해야만 하는 근본적인 문제점이 있다. 본 연구에서는 연꽃 잎 표면의 마이크로/나노 복합 구조물을 모사하여 나노 구조물이 표면에 코팅된 초소수성 마이크로 캡슐을 이용한 자가세정 마이크로 캡슐 코팅 표면을 제조하였다. 표면에 손상이 가해져 구조물이 파손되더라도 소수성을 유지할 수 있도록 자기치유 기능을 부여하고자 초소수성 오일을 마이크로 캡슐 내부에 담지하여, 외력에 의해 캡슐이 파손되면 오일이 외부로 방출되어 표면을 코팅함으로써 장기 신뢰성을 갖는 코팅 표면을 제작하였다. 소수성 오일을 내부에 담지하는 코어-쉘 형태의 이중 액적을 형성하기 위해, 서로 다른 직경의 미세 유리 모세관을 정렬하여 집중 유동을 형성하는 마이크로 채널 디바이스를 제작하였다. 유체는 시린지 펌프를 이용하여 디바이스 내부로 입력 유량을 제어하며 주입되고, 채널 내부에서 이중 액적이 형성된다. 내부에 봉입되는 초소수성 오일로는 CYTOP을 사용하였고, 마이크로 캡슐의 껍질은 광경화성 ETPTA를 사용하였다. 출구로 배출되는 액적은 자외선 램프에 의해 껍질이 광경화 됨으로써 오일을 내부에 봉입하는 코어-쉘 형태의 마이크로 캡슐이 제작된다. 캡슐의 크기, 내부에 봉입되는 오일 코어의 직경, 캡슐 껍질의 두께 및 단위 시간당 액적의 생산량은 각 유체의 입력 유량을 제어함으로써 조절할 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 코어-쉘 이중 액적을 현미경을 이용해 관찰한 결과, 내부에 오일이 성공적으로 봉입되어 있음을 확인하였고, 주사전자현미경을 이용해 관찰한 결과, 광경화 이후 캡슐의 껍질이 성공적으로 제작되었음을 확인하였다. 마이크로 캡슐의 표면에 나노 구조물을 제조하기 위해, 폴리아닐린(PANI) 중합 공정을 적용하였다. 희석 PANI 중합법을 이용하여 마이크로 캡슐 표면에 20-40 나노미터 크기의 나노 구조물을 성공적으로 제조하였다. 이를 통해 연꽃 잎을 모방하는 마이크로/나노 복합 구조를 갖는 자가세정 마이크로 캡슐을 성공적으로 제조하였다. 자가세정 마이크로 캡슐을 유리 기판에 코팅하여, 외력으로부터의 소수성 회복 정도를 측정하는 실험을 수행하였다. 자가세정 마이크로 캡슐 코팅 표면 접촉각은 140도이고, 마이크로 캡슐이 외력에 의해 파손되어 오일이 방출된 표면의 접촉각은 118도를 나타내었다. 이는 자가세정 마이크로 캡슐의 내부에 봉입되어 있던 오일이 성공적으로 방출되어 표면의 소수성을 복원시켰음을 의미한다. 또한, 자가세정 마이크로 캡슐의 크기별 표면 접촉각의 변화를 측정하였다. 표면 구조물 손상 이전의 캡슐 코팅 표면은 마이크로/나노 복합 구조물로 인해 구조물 사이에 공기층이 존재하는 Cassie-Baxter 모델과 유사한 접촉각 경향성을 나타냈으나, 구조물 파손 이후에는 크기에 따른 영향은 상쇄되고 캡슐화 되어 있던 오일에 의한 소수성 회복 효과가 지배적인 것을 확인하였다. 이를 통해 자가세정 마이크로 캡슐을 이용하여 소수성 코팅 표면을 캡슐의 크기별로 성공적으로 제작하였고, 외력으로 인한 구조물 파손으로부터 소수성 회복 기능이 성공적으로 구현되었음을 확인하였다. 향후 다양한 응용분야에 적합한 크기와 껍질 두께를 갖는 자가세정 마이크로 캡슐을 제작하여 자가세정 기능의 자가회복을 적용해 보고자 한다. 또한 캡슐에 기계적 힘을 가한 파손뿐만 아니라, 열이나 pH 등의 다양한 조건을 적용한 캡슐 파손 및 PANI의 전도성을 이용한 연구를 진행하고자 한다.
Self-cleaning is a phenomenon where a surface is maintained free of dirt and dust without external mechanical or chemical assistance. There are various mechanical and chemical methods to fabricate self-cleaning surfaces but each approach has advantages and disadvantages. However, a more fundamental ...
Self-cleaning is a phenomenon where a surface is maintained free of dirt and dust without external mechanical or chemical assistance. There are various mechanical and chemical methods to fabricate self-cleaning surfaces but each approach has advantages and disadvantages. However, a more fundamental problem with these reported methods is that once such a self-cleaning surface is damaged, it loses its property and the surface must be reprocessed or repeatedly coated to recover from the failure. In this study, self-cleaning microcapsules with a superhydrophobic coated surface were fabricated to have long-term reliability by adding a self-healing function. Self-cleaning microcapsules with self-healing performance that mimic a lotus leaf were successfully fabricated. CYTOP encapsulated microcapsules were prepared microfluidically by using photopolymerization with ETPTA. Their size was controlled with different ratios of inlet flow rates. To fabricate nanostructures on the surface of the microcapsules, the PANI process was applied. By using the diluted PANI polymerization method, the self-cleaning microcapsule surface was coated with PANI nanostructures. It is experimentally confirmed that the self-cleaning microcapsule surface can maintain hydrophobicity by self-healing performance whereas in the case of the reported engineered self-cleaning surfaces it is difficult to recover their performance after breakage.
Self-cleaning is a phenomenon where a surface is maintained free of dirt and dust without external mechanical or chemical assistance. There are various mechanical and chemical methods to fabricate self-cleaning surfaces but each approach has advantages and disadvantages. However, a more fundamental problem with these reported methods is that once such a self-cleaning surface is damaged, it loses its property and the surface must be reprocessed or repeatedly coated to recover from the failure. In this study, self-cleaning microcapsules with a superhydrophobic coated surface were fabricated to have long-term reliability by adding a self-healing function. Self-cleaning microcapsules with self-healing performance that mimic a lotus leaf were successfully fabricated. CYTOP encapsulated microcapsules were prepared microfluidically by using photopolymerization with ETPTA. Their size was controlled with different ratios of inlet flow rates. To fabricate nanostructures on the surface of the microcapsules, the PANI process was applied. By using the diluted PANI polymerization method, the self-cleaning microcapsule surface was coated with PANI nanostructures. It is experimentally confirmed that the self-cleaning microcapsule surface can maintain hydrophobicity by self-healing performance whereas in the case of the reported engineered self-cleaning surfaces it is difficult to recover their performance after breakage.
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