2024년 11월 27일 중국 언론사 신화통신(新华网)에 따르면, 중국과학원 장춘 광학·정밀기계 및 물리학 연구소(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)의 마이크로 나노 포토닉스(Micro and nanophotonic Technologies)* 및 재료 국제 연구소 소속의 양지엔준(杨建军)팀이 금속 표면의 초소수성(superhydrophobicity)** 을 유지시키는 혁신적인 연구 결과를 발표했다. 이번 성과는 초소수성 분야에 새로운 가능성을 열었을 뿐만 아니라, 재료를 구성하는 원자의 정밀한 조작을 기반으로 한 고성능 재료의 설계 및 개발을 위한 새로운 아이디어를 제공하고 있다. 또한, 초소수성 금속의 표면은 자가 세척, 부식 방지, 항력(drag force)*** 감소, 결빙 방지 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있다.
양지엔준 교수는 기존의 초소수성 기술이 금속 표면에 마이크로·나노 단위를 형성한 후 특수한 유기 물질(有機物質)****로 코팅(coating)하는 방식에 의존했다고 설명했다. 그러나 이런 방법은 금속이 염수나 산성 같은 부식성 환경에 노출되면, 작은 이온(Ion)*****들이 코팅 안으로 침투해 코팅이 손상되거나 벗겨질 위험이 있다. 초소수성 기능을 오래 유지하기 어려운 단점이 있다는 것이다. 이번 실험에서는 초소수성 금속의 표면이 부식성 염수에 2,000시간 이상 노출돼도 우수한 성능을 유지했으며, 부식 전류 밀도가 기존 알루미늄(aluminium) 합금보다 10만 배 감소했다.
한편, 최근 중국 장시 이공대학교(江西理工大学) 예위워이(葉育偉) 박사팀은 그래핀(Graphene)****** 의 침투 저항성과 하중 지지 능력을 활용한 지능형 부식 방지 코팅 기술을 개발했다. 이 코팅은 부식 환경에 적응할 수 있는 능력과 긴 사용 수명을 제공한다. 그래핀 나노 용기 안에 부식 방지제를 채우면, 금속 표면에 보호막처럼 달라붙어 부식 매개체의 침투를 막는 원리이다. 또한, 코팅층의 결함이 시간이 지나면서 자연스럽게 복구되는 특징을 보였다. (출처: 국가나노기술정책센터) 양지엔준 교수팀과 예위워이 박사팀이 발표한 연구는 모두 금속 소재의 내구성을 높이고, 부식 문제를 해결하는 데 중요한 기여를 했다.
이번 연구는 금속 소재의 내구성을 획기적으로 향상시킬 가능성을 제시하며, 향후 다양한 산업 분야에서 부식 문제를 해결하는 중요한 기술로 주목받고 있다. 하지만 이러한 기술이 실제 산업 현장에서 널리 활용되기 위해서는 제조 비용의 절감과 대량 생산의 효율성 향상, 그리고 환경적 측면에서 지속 가능성의 확보 등 해결해야 할 과제가 남아 있다. 연구 결과를 상용화하기 위해서는 다양한 환경에서 추가 실험과 검증이 필요하며, 이를 위한 지속적인 연구와 개발이 필요할 것으로 보인다.
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*마이크로 나노 포토닉스 : 빛의 생성, 전송, 조작 및 감지를 위해 마이크로미터 및 나노미터 크기의 구조를 설계하고 활용하는 첨단 광기술이다. (출처: ScienceDirect)
**초소수성 : 물체의 표면이 극히 젖기 어려운 물리적 특성을 말한다. (출처: ScienceDirect)
***항력 : 공기나 물 같은 유체가 물체에 닿아 생기는 저항력을 말한다. (출처: NASA)
****유기 물질 : 탄소의 산화물이나 금속의 탄산염 따위를 제외한 모든 탄소 화합물을 통틀어 이르는 말이다. (출처: 네이버 국어사전)
*****이온 : 전하(+, -)를 띠는 아주 작은 입자이다. (출처: 네이버 지식백과)
******그래핀 : 탄소 원자들이 육각형 배열로 결합된 얇고 강한 2D 물질이다. 우수한 전기 전도성, 열 전도성 및 기계적 성질을 가진다. (출처: 네이버 지식백과)