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전기방사방법으로 제조된 자체 복구 폴리머 코팅 시스템
자기 복구 개념은 재료 과학 분야에서 인기 있는 주제이다. 외부 영향(pH, 습도 변화)에 반응하여 스스로 복구되는 ‘스마트’ 물질의 개념은 나노기술이 도입함으로서 엄청난 향상을 진전시켰다. 나노크기 다중층 코팅 구조는 복잡하고 강한 부식 보호에 중점을 두어서 만들어진다.
일리노이 대학(University of Illinois at Urbana-Champaign) 베크만 연구소(Beckman Institute)의 연구진은 전기방사 동축 치유제를 기반으로 하는 자체 복구 폴리머 코팅 시스템에 대한 새로운 접근방법을 제안했다. 이 연구결과는 Advanced Materials에 "Coaxial Electrospinning of Self-Healing Coatings" 이라는 제목으로 게재되었고, 연구진은 여기서 폴리머 코팅의 자체 복구에 대한 효율성을 설명했다.
연구진은 폴리실록산(polysiloxane) 기반의 복구제와 아크릴 산염 기질로 구성된 동축 전기방사 자체 복구 폴리머 코팅 시스템의 개념을 증명했다. 전기방사는 수많은 독특한 기능을 제공한다. 아마 가장 중요한 것은 복구 구성요소의 위치와 농도를 공간적으로 변화시킬 수 있다는 것이다. 이것은 캡슐이 기판에 적용하기 전에 기질 선구물질 속에서 미리 혼합되는 캡슐 기반 시스템과는 대조적이다. 캡슐을 기질 선구물질에 분산할 때 존재하는 다양한 기질과 치유제 사이의 화학적 불친화성에 의한 수많은 문제를 감소시키면서 섬유는 기질에 적용하기 전에 전기방사된다.
이 기술은 두 개의 동축 모세관이 포함된 방적 돌기(spinneret)가 제외된 편리한 전기방사 장치를 사용했다. 일반적인 방법에서는, 두 개의 점성 액체가 각각 내·외부 모세관을 통해서 자발적으로 움직인다. 액체의 적절할 결합과 작동 조건을 만족한다면, 층상 테일러 원뿔(Taylor cone)이 발현될 수 있고 동축 분사는 고전압이 외부 금속 모세관에 인가될 때 형성될 수 있다. EHD(electro-hydro-dynamic force) 힘은 축적된 표면 전하 사이의 정전기적 반발 때문에 동축 섬유가 생성되도록 유체 계면을 부드럽게 잡아당긴다.
이 기술에서 전기방사 폴리머 나노섬유는 나노섬유를 따라서 임의적으로 분산된 비드(bead) 속에 완전히 캡슐화된 액체 복구제와 함께 표면 위에 무작위로 형성된다. 캡슐은 손상 시에 쉽게 부서질 수 있도록 기계적 손상에 매우 취약하도록 만들어진다. 크랙으로 인한 손상 시에, 비드는 파열되고 두 개의 선구물질 액체는 손상 부위로 방출되어서 크랙을 채우기 위해서 기존의 폴리머 코팅 부근에서 혼합된다.
그림 1. a) 동축 방적돌기와 섬유 방사 프로세스. b) 복구제를 포함한 캡슐이 기계적 충격에 의해서 파열되고 크랙 부분을 채워주는 것을 보여주는 모식도. c) 제어군 샘플과 자기 치유 코팅 샘플의 크랙 발생 2달 후의 사진.
그림 2. 이송 속도에 따라 다른 형상을 가진 캡슐의 SEM 사진. (a) FSi = 0.5, (b) 1.5, (c) 2.5, (d) 3.5 μL/min
※출처 : 『글로벌동향브리핑(GTB)』
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=15547.php
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