FCSE | 최신 연구: 태양광 구동 "자기 수복" 방식 코팅

2025-06-07　·　武汉开明高新科技有限公司（Wuhan Kaiming High-Tech Co., Ltd.）

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2025-06-07

금속 재료는 공기, 물 또는 기타 부식성 매체에 직접 노출되면 다양한 물리·화학 작용으로 인해 손상되기 쉬우며, 이는 막대한 자원 낭비와 환경 문제로 이어집니다. 표면에 보호 코팅을 하면 금속 모재를 주변 환경 매체와 격리하여 부식 작용의 발생을 효과적으로 늦출 수 있습니다.

금속 재료는 공기, 물 또는 기타 부식성 매체에 직접 노출되면 다양한 물리·화학 작용으로 인해 손상되기 쉬우며, 이는 막대한 자원 낭비와 환경 문제로 이어집니다. 표면에 보호 코팅을 하면 금속 모재를 주변 환경 매체와 격리하여 부식 작용의 발생을 효과적으로 늦출 수 있습니다. 코팅의 치밀성과 내부식성은 최종 보호 효과를 결정하는 두 가지 핵심 요소입니다. 법랑, 세라믹 등 무기 코팅에 비해 유기 코팅은 원료 공급원이 넓고 내부식성이 우수하며 금속 표면에 치밀한 피복층을 형성하기 쉬워 널리 사용됩니다. 그러나 간과할 수 없는 사실은, 유기 코팅은 다양한 자연 환경에서 표면에 미세 균열이 생기기 쉬워 물과 기타 부식성 매체가 침투하여 보호 기능을 잃게 된다는 점입니다.

이 문제를 해결하기 위해 중산대학교(中山大学)의 린즈펑(林志峰)과 리웨이화(李卫华) 연구팀은 Fe3O4 나노입자와 테트라데칸올을 함유한 에폭시 수지 코팅(두께 약 200 μm)을 제조하였습니다. 이 코팅은 태양광 아래에서 우수한 자가 치유 능력을 보이며 하부의 탄소강이 부식되는 것을 보호할 수 있습니다.

자기 치유 코팅(SHC)은 새로운 유형의 코팅으로, 처음 보고된 이후 20년밖에 되지 않았습니다. 자체의 미세 균열이나 손상을 복구하여 물리적 차단층을 형성함으로써 예상 사용 수명을 효과적으로 연장할 수 있습니다. 외부 보수제/부식 억제제 첨가, 고분자 수지 자체의 동적 결합, 열가소성/형상 기억 재료 사용 등 자기 치유 코팅을 제조하는 여러 방법이 발견되었으나, 관련 화학 반응을 유도하기 위해 자외선 조사나 고온 조건이 필요한 경우가 많아, 온화한 조건에서 자기 치유가 가능한 코팅의 개발이 시급합니다.

연구진은 Fe3O4 나노입자의 광열 효과로 제조된 자가 복구 코팅이 모의 광조사 하에서 단 200 s 만에 70 °C까지 승온되며, 이는 테트라데칸올을 녹여 흐르게 하여 표면 결함을 채우기에 충분하다는 것을 발견했습니다. 3분 이내에 코팅 표면의 천공과 스크래치가 빠르게 복구되었습니다. 또한 코팅의 젖음성은 테트라데칸올의 첨가 비율로 조절할 수 있으며, 표면에 풍부하게 존재하는 하이드록시기로 인해 코팅 표면이 더욱 친수성을 띱니다. 연구진은 실제 실외 광조사 조건에서도 자가 복구 코팅의 자가 치유 효과를 추가로 검증했으며, 그 결과 93 s 이내에 표면 스크래치가 성공적으로 복구되었습니다. 복구 전후와 관계없이 이 신형 코팅의 부식 방지 효율은 99% 이상을 유지하였고, O2, H2O 및 Cl–의 침투를 효과적으로 막을 수 있으며, 3.5 wt% NaCl 용액에 168시간 침지한 후에도 여전히 우수한 안정성과 보호 특성을 보였습니다.

이 새로운 태양광 구동 “자기 보수” 방부 코팅 재료는 제조 방법이 간단하고 별도의 인공 조건을 제공할 필요가 없으며 상용 코팅에 필적하는 방투(防渗) 방부 성능을 갖추고 있어, 대규모 생산을 실현하고 각종 공학 보호 분야에 적용될 것으로 기대됩니다.

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