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잠자리 날개는 뛰어난 자가 세정 (Self-cleaning effect)과 살균 효과 (Bactericidal property)를 보여주는 초소수성 표면 (Superhydrophobic surface)으로 연구 및 산업 분야에 관심을 받고 있다. 잠자리 날개에는 날개의 막 (Membrane) 상부 표피 층(Epicuticular layer)에 나노 왁스 세관 (Nano-wax tubules)가 덮여 있기 때문에 물과의 반발성 (Water-repellency)을 보여준다고 잘 알려져 있다. 비록 잠자리 날개의 다양한 마이크로 구조들이 비행의 유리함과 공기 저항을 줄이는 등 공기 역학적 영향들을 보여주고 있지만, 잠자리 ...

잠자리 날개는 뛰어난 자가 세정 (Self-cleaning effect)과 살균 효과 (Bactericidal property)를 보여주는 초소수성 표면 (Superhydrophobic surface)으로 연구 및 산업 분야에 관심을 받고 있다. 잠자리 날개에는 날개의 막 (Membrane) 상부 표피 층(Epicuticular layer)에 나노 왁스 세관 (Nano-wax tubules)가 덮여 있기 때문에 물과의 반발성 (Water-repellency)을 보여준다고 잘 알려져 있다. 비록 잠자리 날개의 다양한 마이크로 구조들이 비행의 유리함과 공기 저항을 줄이는 등 공기 역학적 영향들을 보여주고 있지만, 잠자리 소수성에 있어서 기능적 역할들은 아직까지 제한을 받고 있다. 본 연구에서는 잠자리 날개 위에 있는 원뿔 돌출형 가시들이 표면 막에 존재하는 왁스 세관들과 같은 나노 돌기들(nano-pillars)이 존재하여, 표면의 비젖음성 향상과 액적 충돌에 대한 놀라운 영향을 미치는 결과를 제시할 것이다. 실험적 연구 과정은 잠자리 날개 표면의 구조적 특징과 액적 계면 (Air-water interface) 관찰 그리고 액적 충돌 (Drop impact)로 진행된다. 잠자리 날개의 형태학적 구조적 특징을 확인하기 위해 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope)을 이용하여 수많은 가시들이 날개 표면 혈관 위에 무질서하게 배치되어 있음을 보여줄 것이다. 그리고 표면과 액적 간의 상호작용을 확인하기 위해, 가시와 액적 사이의 계면을 광학 현미경(Optical microscope)으로 관찰하여 액적 아래 가시에 의한 공기 층(Air retention)이 액적과의 접촉을 줄이고 반발성을 증가시킨다는 사실도 확인하였다. 마지막으로 잠자리 날개의 액적 충돌을 통해 표면에 의한 액적 거동 변화를 관찰할 것이다. 여기서, 소위 물 막의 여러 부위의 복합적 찢어짐과 튀어 오름(Multi-point breakup and bouncing)이라는 새로운 물의 동역학 메커니즘을 제시한다. 이러한 과정은 액적 충돌에 의한 물 막이 가시에 의해 여러 작은 파편(fragments of water film)들로 분리되어 더 짧아진 후퇴시간 후에 표면 위로 튀어 오르는 것을 말한다. 결국, 액적 거동의 후퇴 과정 (Retraction process)을 간소화시키기 때문에 액적과의 접촉시간(Contact time)은 줄어들게 된다. 즉, 본 연구에서는 마이크로 가시와 나노 돌기의 이중 계층 구조가 액적에 대한 표면의 소수성을 향상시키고 비와 같은 역동적인 조건 속에서 물방울들을 더 작게 부수어 물방울과의 접촉 시간을 줄여주는 결과를 초래한다는 사실을 밝힌다. 얇고 쉽게 찢어지는 날개 구조 특성 상 이러한 발견은 표면이 젖이 않도록 잠자리가 자연 속에서 생존하기 위한 진화적 산물임을 시사한다. 그리고 마이크로 크기의 가시 구조와 나노 세관의 물리, 화학적 조합은 생체 모방 기술을 활용한 소수성 표면의 새로운 가능성을 보여줄 것으로 기대한다.

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