분자간 인력과 표면장력 실험

본 내용은 " [A+] 2023 서강대 일반화학실험1 메인레포트 11. 분자간 인력과 표면장 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.07.01

문서 내 토픽

• 1. OTS 패터닝과 표면 소수성

  OTS(octadecyltrichlorosilane) 용액을 이용한 패터닝 실험에서 유리 표면의 수산기와 OTS의 염소가 반응하여 결합한다. OTS는 친수성 부분과 소수성 부분을 모두 가지고 있으며, 친수성 부분이 유리를 향하고 소수성 부분이 바깥쪽으로 향하면서 유리 표면이 소수성을 띠게 된다. 이를 통해 패터닝된 부분과 그렇지 않은 부분 사이에 물과의 접촉 면적에 차이가 발생한다.

• 2. 접촉각과 표면장력

  OTS 처리 부분에서는 소수성으로 인해 표면장력이 크게 작용하여 접촉각이 더 크게 나타난다. 반면 OTS 처리하지 않은 친수성 부분에서는 표면장력이 상대적으로 작게 작용하여 접촉각이 더 작게 나타난다. 접촉각의 크기는 물과 표면 사이의 분자간 인력 차이를 반영한다.

• 3. 모세관 현상과 부착력

  물의 모세관 현상은 물 분자 간의 응집력과 물 분자와 모세관 벽면 사이의 부착력의 상대적 크기에 따라 결정된다. OTS 처리하지 않은 모세관에서는 부착력이 크므로 물이 더 높이 상승한다. OTS 처리로 인한 소수성화는 부착력을 감소시켜 모세관 상승 높이를 줄인다.

• 4. KOH와 수산기 형성

  실험에서 KOH를 사용하여 유리 표면에 수산기를 생성하고 친수성을 강화한다. Water bath를 사용하는 이유는 유리의 친수성을 강화시키기 위함이다. 유리 표면의 수산기가 OTS의 염소와 만나 결합이 일어나므로 패터닝이 잘 진행되도록 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. OTS 패터닝과 표면 소수성

  OTS(옥틸트리에톡시실란) 패터닝은 표면 소수성을 제어하는 효과적인 방법입니다. 선택적 OTS 코팅을 통해 친수성과 소수성 영역을 패턴화할 수 있으며, 이는 마이크로플루이딕스, 바이오센서, 그리고 자가조립 구조 형성에 매우 유용합니다. 실리콘 기판의 표면 실라놀기와 OTS의 반응을 정밀하게 제어하면 나노미터 수준의 정확한 패턴을 만들 수 있습니다. 다만 OTS 층의 균일성과 장기 안정성을 보장하기 위해서는 엄격한 공정 조건 관리가 필수적입니다.

• 2. 접촉각과 표면장력

  접촉각은 표면장력과 표면 에너지의 상호작용을 정량적으로 나타내는 중요한 지표입니다. Young의 방정식으로 표현되는 접촉각은 고체-액체-기체 계면의 표면장력 균형을 반영하며, 표면의 친수성 또는 소수성을 평가하는 핵심 파라미터입니다. 접촉각 측정을 통해 표면 개질의 효과를 정량화할 수 있고, 다양한 응용 분야에서 표면 특성을 예측할 수 있습니다. 그러나 표면 거칠기, 화학적 불균일성, 그리고 동적 접촉각 현상 등을 고려해야 정확한 해석이 가능합니다.

• 3. 모세관 현상과 부착력

  모세관 현상은 표면장력과 접촉각에 의해 결정되는 액체의 자발적 이동으로, 부착력과 밀접한 관계가 있습니다. 좁은 공간에서 액체가 상승하거나 하강하는 모세관 현상은 표면 에너지 차이에 의해 구동되며, 이는 접착제의 침투, 코팅의 균일성, 그리고 습윤성 제어에 중요한 역할을 합니다. 모세관력을 활용하면 미세한 구조에서 액체를 정밀하게 제어할 수 있으나, 증발, 온도 변화, 그리고 표면 오염 등의 외부 요인이 부착력에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 4. KOH와 수산기 형성

  KOH(수산화칼륨)는 실리콘 기판의 습식 식각에 널리 사용되며, 표면에 실라놀기(-SiOH)를 형성하는 중요한 역할을 합니다. KOH 처리를 통해 생성된 수산기는 후속 표면 개질 반응의 기초가 되며, OTS와 같은 실란 커플링제의 결합 위치로 작용합니다. 적절한 KOH 농도와 처리 시간을 조절하면 표면 친수성을 최적화할 수 있습니다. 다만 과도한 KOH 처리는 표면 거칠기 증가와 기판 손상을 초래할 수 있으므로, 공정 조건의 정밀한 제어가 필수적입니다.