발수 그래핀 코팅을 이용한 Water-harvesting과 항력저감

Abstract

본 연구는 소수성 표면 위에 화학기상증착법을 통하여 그래핀을 코팅하여 이의 고온 내산화성과 내부식성을 측정하고 표면의 열전달 특성, 물방울 응축 특성 과 고체-유체 접촉면에서의 항력 저감 효과에 대한 연구를 진행하였습니다. 그래핀은 투명성, 높은 열전도도와 화학적 안정정을 지녀 금속표면 코팅막으로 응용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 하지만, 기존의 그래핀 코팅기술은 전사과정을 통해 소수성 표면위에 그래핀을 올려서 코팅하는 방식을 이용하는데, 이 경우 표면의 형상을 완전하게 유지하지 못해 그래핀 코팅 이후에 표면의 소수성을 유지할 수가 없었다. 이러한 문제점을 극복하고자, 본 연구에서는 전기도금을 이용해 소수성 구리표면을 만들고, 화학기상증착법(CVD)을 이용해 직접 소수성 표면 위에 그래핀을 합성 및 코팅하는 방식을 이용하였습니다. 이러한 방법으로 그래핀 코팅된 소수성 구리기판이 고온(200℃) 환경 속에서 4 시간동안 표면이 산소와 반응하지 않으며, 소금물속(0.1M NaCl)에서도 5 시간 동안 산화와 부식이 일어나지 않고 표면 소수성을 유지하는 것을 실험적으로 증명하였습니다. 뿐만 아니라, 그래핀 코팅에 의해 구리기판의 열전도율을 30% 향상시킬 수 있음을 Dehumidification 방식의 물방울 응축실험을 통해 증명하였습니다. 또한, 소수성 특성에 의한 고체-유체 계면간 항력저감 효과와 그래핀 코팅에 의해 회전하는 유체속에서도 표면의 소수성을 지속적으로 유지할 수 있음을 실험적으로 증명하였습니다. 이 기술은 향후 해수담수화 장비, 열교환기, 제습기 등의 열교환장비에 응용되어 장비의 효율성을 향상시키는데 응용이 가능하며, 선박, 어뢰와 같은 수중 운동체 표면에 이용되어 표면 마찰을 저감하여 에너지 효율을 상승하는데 응용 될 수 있을 것으로 기대된다.