AFM 활용해 접촉각 정밀 분석
KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 서울대학교 임종우 교수팀과 공동으로 원자간력 현미경(AFM)을 활용해 나노 크기의 물방울을 실시간 관찰하고, 형태 기반 접촉각을 계산하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구로 나노 물방울의 실제 형태를 직접 확인할 수 있게 되면서 표면에서 물이 얼마나 잘 붙고 떨어지는지를 정밀하게 분석하는 것이 가능해졌다. 수소 생산 촉매, 연료전지, 배터리, 반도체 공정 등 액체 거동이 성능을 좌우하는 첨단 기술 분야에 즉시 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
나노 스케일 젖음성 분석은 정밀 측정이 중요하지만, 기존 방식처럼 수 밀리미터 크기 물방울을 사용할 경우 친수성·소수성만 판단할 수 있을 뿐 나노 물방울 자체를 관찰하기 어려웠다. 연구팀은 공기 중 수증기가 얼지 않는 온도로 표면을 부드럽게 냉각해 자연적으로 나노 물방울이 형성되도록 유도했으며, AFM 비접촉 모드로 물방울을 손상 없이 촬영하는 데 성공했다.
또 연구팀은 이 기술을 강유전 물질 리튬탄탈레이트(LiTaO₃)에 적용해 분극 방향에 따라 나노 물방울의 접촉각이 달라지는 차이를 처음으로 확인했다. 기존 큰 물방울 실험에서는 나타나지 않던 결과로, 나노 물방울이 표면 전기적 상태에 매우 민감함을 보여준다.
이어 수전해 촉매(NiFeLDH) 표면에서도 단일 나노 물방울 관찰에 성공해 물 반응 메커니즘 분석과 기포 탈착 성능 평가 등 촉매 연구에도 활용 가능성을 제시했다.
홍승범 교수는 이번 성과가 “나노 크기 물방울의 형태를 실시간으로 시각화하고 접촉각을 직접 측정한 중요한 사례”라며, 차세대 에너지·전자 소재 개발의 핵심 분석 기술로 확장될 것이라고 설명했다.
이번 연구는 KAIST 정의창 박사과정 연구원이 제1저자로 참여했으며, 미국화학학회(ACS) 학술지 ‘ACS Applied Materials and Interfaces’에 10월 17일 자로 게재됐다.
[전국매일신문] 정은모기자
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