Hierarchical micro- and nanostructures induced by nanosecond laser on copper for superhydrophobicity, ultralow water adhesion and frost resistance
Materials & Design
Volume 155, 5 October 2018, Pages 185-193 ; Jiangyou Long
최근 몇 년 동안 셀프 클리닝 가능성에 대한 관심이 높아지고 있다.
이를 충족시키기 위하여 여러 실험들이 진행되었고, 결과적으로 많은 전략들이 다양한 마이크로 및 나노 구조물을 제조하는 방법들이 개발되었다.
특히나 최근에는 초고속 레이저의 급속한 벌전으로 인해 표면 마이크로 및 나노 구조물을 제작을 위한 새로운 방법으로 떠올랐다. 그 중 에서도 ns 레이저는 경제적이며 효율성이 높아 다양하게 사용되고 있다.
이 논문에서는 레이저 펄스 폭이 구리의 형태에 미치는 영향, 구리 표면에 레이저로 유도된 마이크로 및 나노 구조를 연구하였다.
실험에서는 시편은 구리 시료 2mm 두께를 사용하였으며, 사용한 파라미터는 제시되어있다. 또한 비디오 기반의 접촉각 CA 및 슬라이딩 각 Sa 광학 접촉각 측정 장치를 사용하여 측정하였다.
샘플을 수평에서 점진적으로 기울일 때 상태에서, 방울은 임계면에서 경사면을 따라 미끄러질 때의 기울기 각도, 이각도를 슬라이딩 각도로 정의했다.
측정을 하기위한 물방울의 부피는 5uL였다. 또한 컴퓨터 제어 냉각 플랫폼 프로스트를 사용하여 온도를 낮추어 시편에 있는 물방울을 얼렸으며 SEM 광학 현미경을 이용하여 관찰하였다.
Result & Discussions에서 ns 레이저 처리된 샘플의 표면 구조학 및 조성에서는 실험에서 사용된 펄스 폭을 20 ns – 200 ns 까지 변경하였습니다. (20, 50, 100, 200)
그림에서 a 20 d 200에서 펄스폭이 증가할수록 불규칙한 미세 기둥의 수가 줄어드는 것을 발견하였다.
즉 펄스 폭이 증가할수록 표면이 평탄해졌다.
또한 표면에 미세한 미세 입자가 발견되었다. 샘플의 초소수성에서는 100ns에서 상대적으로 짧은 미세 구조와 물의 부착을 감소 시키는 것을 발견하였다.
결론적으로는 100ns의 레이저 펄스 폭으로 가장 낮은 수분 접착력을 보였다. (2.42) 계층적인 마이크로 및 나노 구조의 형성, 물의 접착력과 서리 방지 성능으로 짧은 레이저 펄스가 더 낮은 레이저 펄스 에너지에서 여전히 유도되며, 저비용의 ns 레이저를 사용하여 앞서 말한 구조를 유도할 수 있다.
참고자료
최근 몇 년 동안 셀프 클리닝 가능성에 대한 관심이 높아지고 있다.
이를 충족시키기 위하여 여러 실험들이 진행되었고, 결과적으로 많은 전략들이 다양한 마이크로 및 나노 구조물을 제조하는 방법들이 개발되었다.
특히나 최근에는 초고속 레이저의 급속한 벌전으로 인해 표면 마이크로 및 나노 구조물을 제작을 위한 새로운 방법으로 떠올랐다. 그 중 에서도 ns 레이저는 경제적이며 효율성이 높아 다양하게 사용되고 있다.
이 논문에서는 레이저 펄스 폭이 구리의 형태에 미치는 영향, 구리 표면에 레이저로 유도된 마이크로 및 나노 구조를 연구하였다.
실험에서는 시편은 구리 시료 2mm 두께를 사용하였으며, 사용한 파라미터는 제시되어있다. 또한 비디오 기반의 접촉각 CA 및 슬라이딩 각 Sa 광학 접촉각 측정 장치를 사용하여 측정하였다.
샘플을 수평에서 점진적으로 기울일 때 상태에서, 방울은 임계면에서 경사면을 따라 미끄러질 때의 기울기 각도, 이각도를 슬라이딩 각도로 정의했다.
측정을 하기위한 물방울의 부피는 5uL였다. 또한 컴퓨터 제어 냉각 플랫폼 프로스트를 사용하여 온도를 낮추어 시편에 있는 물방울을 얼렸으며 SEM 광학 현미경을 이용하여 관찰하였다.
Result & Discussions에서 ns 레이저 처리된 샘플의 표면 구조학 및 조성에서는 실험에서 사용된 펄스 폭을 20 ns – 200 ns 까지 변경하였습니다. (20, 50, 100, 200)
그림에서 a 20 d 200에서 펄스폭이 증가할수록 불규칙한 미세 기둥의 수가 줄어드는 것을 발견하였다.
즉 펄스 폭이 증가할수록 표면이 평탄해졌다.
또한 표면에 미세한 미세 입자가 발견되었다. 샘플의 초소수성에서는 100ns에서 상대적으로 짧은 미세 구조와 물의 부착을 감소 시키는 것을 발견하였다.
결론적으로는 100ns의 레이저 펄스 폭으로 가장 낮은 수분 접착력을 보였다. (2.42) 계층적인 마이크로 및 나노 구조의 형성, 물의 접착력과 서리 방지 성능으로 짧은 레이저 펄스가 더 낮은 레이저 펄스 에너지에서 여전히 유도되며, 저비용의 ns 레이저를 사용하여 앞서 말한 구조를 유도할 수 있다.
참고자료
- Hierarchical micro- and nanostructures induced by nanosecond laser on copper for superhydrophobicity, ultralow water adhesion and frost resistance
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127518304544
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