눈·비에도 전방 잘 보이는 유리창 나온다

국내연구팀, 이산화타이타늄 초친수성 원리 규명

▲초친수성 물질은 항공기와 자동차 유리에 주로 사용된다. 자동차에 항공기를 결합한 듀얼모드 PAV.

[아시아경제 정종오 기자]앞으로 항균, 탈취, 셀프크리닝, 김서림방지 기능을 갖춘 값싼 코팅제·필름이 개발될 것으로 보인다. 경제적이고 친환경적인 광촉매(빛을 받을 때 화학반응을 촉진하는 물질) 기능을 갖췄다. 표면에 물방울이 맺히지 않는 초친수성 물질은 눈, 비에도 시야를 가리지 않아야 하는 항공기나 자동차 유리 등에 널리 쓰인다.

국내 연구팀이 빛을 받을 때 이산화타이타늄((TiO2, 빛을 받아 화학반응을 돕는 대표적 금속 산화물 광촉매)의 초친수성(표면이 젖어도 물방울을 만들지 않고 엷은 막을 만들어 내는 성질)을 띠게 되는 원리를 규명해냈다.

이산화타이타늄의 초친수성은 그동안 정확한 원인을 두고 논란이 있어 효율적 태양광 스마트 코팅제 개발 등에 응용하는데 어려움이 많았다. 연구팀은 자체적으로 만든 원자힘현미경을 이용해 가시광선과 근적외선을 흡수할 때 나타나는 이산화타이타늄 표면의 흡착물층을 발견, 실시간으로 그 성장을 정밀하게 측정했다. 결과 초친수성을 받아들일 때 만들어지는 흡착물층과 물 분자와의 강한 인력 때문임을 규명한 것이다.

초친수성 원리에 대한 실마리가 밝혀짐에 따라 도핑 등 특수처리 없이 이산화타이타늄의 고유한 성질을 이용한 태양광 스마트 코팅이나 방담필름 개발 연구 등으로 이어질 것으로 기대된다.

흡착물층의 생성원리도 밝혔다. 이산화타이타늄 표면의 산소결함에 포획된 전자들이 공기 중 물분자와 상호작용함으로써 얇은 막처럼 물이 흡착되는 것이다. 이 물층은 빛의 세기에 따라 약 20㎚ 이상 두껍게 성장하는 것으로 나타났다.

표면 전자에 의한 습윤효과보다 표면에 광흡착된 물 층에 의한 습윤효과가 지배적이라는 것을 확인했다.

이번 연구는 서울대 물리천문학부 제원호 교수 연구팀이 수행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심) 등의 지원으로 이뤄졌다. 연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 4월7일자 온라인판((논문명: Superwetting of TiO2 by light-induced water-layer growth via delocalized surface electrons)에 실렸다.

제 교수는 "이번 연구를 통해 이산화타이타늄의 초친수성 원리가 분명히 규명됨에 따라 비슷한 산소결함을 갖는 금속산화물들의 광친수성의 이해와 새로운 친환경 광촉매 개발에 기여할 것"이라고 설명했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr