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통발, 도마뱀 흉내내 물 제어하는 소재 성능 높였다

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통발, 도마뱀 흉내내 물 제어하는 소재 성능 높였다

2021.03.23 15:28
이진기 성균관대 기계공학부 교수팀
이진기 성균관대 기계공학부 교수팀이 사막 도마뱀의 피부와 벌레잡이통풀의 표면 구조를 모사해 물을 운반시키는 소재인 ‘다이오드 물 수송 표면’의 물 운반 거리를 기존 소재의 5배로 높였다. 성균관대 제공
이진기 성균관대 기계공학부 교수팀이 사막 도마뱀의 피부와 벌레잡이통풀의 표면 구조를 모사해 물을 운반시키는 소재인 ‘다이오드 물 수송 표면’의 물 운반 거리를 기존 소재의 5배로 높였다. 사진은 연구에 참여한 이진기 교수(왼쪽)과 이민민민민기 성균관대 기계공학부 연구원. 성균관대 제공

국내 연구팀이 사막 도마뱀의 피부와 벌레잡이통풀의 표면 구조를 모사해 물을 운반시키는 소재인 '다이오드 물 수송 표면'의 물 운반 거리를 기존 소재의 5배로 높였다. 레이저 공법으로 만들어 제작 비용도 기존의 약 100분의 1 정도다. 

 

이진기 성균관대 기계공학부 교수팀은 "자연의 원리와 레이저 가공법을 이용해 기존 공법으로 만들 수 없던 '3차원 물 수송 다이오드 표면'을 개발했다"고 이달 23일 밝혔다. 

 

전자장치에 물이 고이면 열효율이 낮아지거나 오작동을 일으킨다. 다이오드 물 수송 표면은 물방울을 표면에 떨어뜨렸을 때 한쪽으로만 흐르게 하는 소재로 다이오드 물 수송 표면을 이용해 전자장치를 만들면 별다른 장치없이 물을 조절할 수 있다. 기존에는 반도체 제작에 쓰이는 미세 가공 기술인 리소그래피 공정이나 3D프린터를 이용해 다이오드 물 수송 표면을 만들었다. 하지만 제작 비용이 비싸고 공정의 한계로 물이 이동하는 거리가 짧았다.

 

연구팀은 곤충을 잡아먹는 식물인 벌레잡이통풀의 표면과 사막 도마뱀이 피부가 모세관 현상을 이용해 물을 옮기는 원리에서 힌트를 얻었다. 모세관 현상은 물처럼 응집력이 큰 액체가 관을 타고 올라가는 현상이다. 벌레잡이통풀 표면의 관 구조는 곤충이 빠져나가지 못하게 한 쪽으로 물을 흐르게 하고 사막 도마뱀 피부의 관 구조는 피부에 맺힌 물을 입쪽으로 옮긴다.

 

연구팀은 레이저 공법을 이용해 플라스틱 표면에 V자 홈을 톱니 모양으로 새겼다. V자 홈은 한쪽은 폭이 좁고 다른 한쪽은 폭이 넓어 물이 폭이 좁은 곳에서 넓은 방향으로만 흐르고 모세관 현상이 강하게 나타나도록 구조를 설계했다. 

 

연구팀이 이렇게 만든 다이오드 물 수송 표면에 물을 떨어뜨려 이동 거리를 측정한 결과 기존에 만들어진 다이오드 물 수송 표면의 이동 거리의 약 5배였다. 

 

이진기 교수는 "3차원 물 수송 다이오드 표면은 기존의 다이오드 표면에 비해 성능이 월등히 좋고 제작방법이 간단해 미세유체 칩과 수분 수집에 적용 가능한 원천 기술로 활용할 수 있다"며 "레이저 공법을 이용했기 때문에 기존 반도체 공법으로 만들 때 드는 비용의 100분의 1 정도의 저렴하게 만들 수 있을 것"이라고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티어리얼스’ 인터넷판 3월 20일자에 실렸다.

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