마이크로 표면 측정 실험 보고서

본 내용은 " [경북대학교]기계공학실험 마이크로표면측정 실험보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.15

문서 내 토픽

• 1. 접촉각 측정 및 표면특성 분석

  접촉각은 액체가 고체표면 위에서 열역학적 평형을 이룰 때 액체면이 고체표면과 이루는 각을 의미한다. 접촉각 측정을 통해 고체표면의 친수성과 소수성을 판단할 수 있으며, 낮은 접촉각은 높은 젖음성과 친수성을 나타내고 높은 접촉각은 낮은 젖음성과 소수성을 나타낸다. 본 실험에서는 Glass, Si-wafer, PDMS, Teflon 등 4가지 기판에 DI-water를 떨어뜨려 접촉각을 측정하였으며, 측정 결과 Glass 66.70°, Si-wafer 88.65°, PDMS 79.20°, 플라즈마 처리 PDMS 0°, Teflon 112.30°로 나타났다.

• 2. 친수성과 소수성

  친수성은 물질이 물과 강하게 상호작용하고 강한 친화력을 가지며 물에 잘 용해되는 성질을 말한다. -OH, -COOH, -NH2 등의 친수기를 가진 물질이 친수성을 나타낸다. 소수성은 친수성의 반대로 물과 화합되지 않고 물을 밀어내는 성질이며, 알칼기나 페닐기 등의 소수성기를 가진 물질이 소수성을 나타낸다. 접촉각이 90°보다 작으면 친수성, 90°보다 크면 소수성 경향을 보인다.

• 3. 플라즈마 표면개질

  플라즈마는 고체, 액체, 기체에 이어 4번째 상태로 원자핵과 자유전자가 따로 떠돌아다니는 상태이다. 플라즈마 표면개질은 두 전극 사이에 전계를 인가하여 플라즈마를 형성하고, 충돌하는 전자의 에너지로 표면 분자의 결합을 끊어 활성화시킨다. 플라즈마 내의 래디칼과 활성화된 표면 분자가 반응하여 표면 분자구조를 변화시키고 표면장력을 낮춘다. 본 실험에서 PDMS에 플라즈마 처리를 하면 접촉각이 0°에 가까워져 극친수성으로 변환되었다.

• 4. 마이크로 유체 디바이스 응용

  마이크로 유체 디바이스는 미세 유체학적 층류의 장점을 활용하는 기술이다. 원-스텝 미세 유체 시스템은 생체재료의 점성, 온도, 유속을 제어하여 균일한 형태의 세포 비드를 제작하며, 이를 바이오프린팅과 결합하여 기능성 하이브리드 구조체를 만든다. 미세 유체 연료전지는 전해 막을 갖지 않는 아키텍처로 연료와 산화제의 혼합을 지연시켜 효율성을 높인다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 접촉각 측정 및 표면특성 분석

  접촉각 측정은 표면의 젖음성을 정량적으로 평가하는 핵심 기술입니다. 이 방법은 재료의 표면 에너지와 화학적 특성을 이해하는 데 필수적이며, 산업 응용에서 품질 관리의 중요한 지표가 됩니다. 정적 접촉각, 동적 접촉각, 히스테리시스 등 다양한 측정 방식은 표면의 미세한 특성 변화를 감지할 수 있어 매우 유용합니다. 다만 측정 환경, 액체의 순도, 표면 거칠기 등 여러 변수가 결과에 영향을 미치므로 표준화된 측정 프로토콜이 중요합니다. 현대적 분석 기법과 결합하면 나노 수준의 표면 특성까지 파악할 수 있어 재료 과학 분야에서 계속 발전할 가치 있는 분야입니다.

• 2. 친수성과 소수성

  친수성과 소수성은 표면 특성의 기본적이면서도 가장 중요한 개념입니다. 이들 특성은 재료의 응용 범위를 결정하는 핵심 요소로, 코팅, 접착, 세정 등 다양한 산업 분야에 직접적인 영향을 미칩니다. 친수성 표면은 물과의 상호작용이 강해 생의학 응용에 유리하고, 소수성 표면은 방수 기능이 필요한 분야에 적합합니다. 최근 슈퍼친수성이나 슈퍼소수성 같은 극단적 특성을 가진 표면 개발은 자정 능력, 방오 기능 등 혁신적인 응용을 가능하게 합니다. 이러한 특성의 정밀한 제어는 나노 구조 설계와 화학적 개질을 통해 달성되며, 지속적인 연구가 필요한 분야입니다.

• 3. 플라즈마 표면개질

  플라즈마 표면개질은 재료의 표면 특성을 빠르고 효율적으로 변화시키는 강력한 기술입니다. 화학적 손상을 최소화하면서 표면만 선택적으로 개질할 수 있어 고분자, 금속, 세라믹 등 다양한 재료에 적용 가능합니다. 친수성 개선, 접착성 향상, 오염 제거 등 여러 목적으로 활용되며, 환경 친화적이고 비용 효율적입니다. 다만 플라즈마 처리 후 시간 경과에 따른 표면 특성의 회복(aging) 현상이 발생할 수 있어 이를 제어하는 기술 개발이 중요합니다. 산업 규모 적용을 위해서는 처리 균일성, 재현성, 대량 생산 가능성 등이 개선되어야 하며, 이는 충분히 달성 가능한 목표입니다.

• 4. 마이크로 유체 디바이스 응용

  마이크로 유체 디바이스는 미세한 채널에서 유체를 정밀하게 제어하는 기술로, 의료 진단, 화학 분석, 약물 전달 등 혁신적인 응용을 가능하게 합니다. 작은 부피로 빠른 반응 시간과 높은 정확도를 달성할 수 있으며, 시약 소비량 감소로 비용 효율성도 우수합니다. 표면 특성 제어는 마이크로 유체 디바이스의 성능을 결정하는 핵심 요소로, 친수성/소수성 패턴 형성을 통해 유체의 흐름과 혼합을 정밀하게 조절합니다. 현재 기술 수준에서도 실용적 응용이 활발하지만, 더욱 복잡한 기능 통합과 대량 생산 기술 개발이 필요합니다. 이 분야는 바이오 기술과 나노 기술의 융합으로 미래 의료 기술을 주도할 것으로 예상됩니다.