연세대 공학기초설계 폴리머 표면개질을 통한 표면특성의 이해

목차

1. 실험목적

2. 실험의 이론적 배경
1) 표면의 물리적 특성
2) 표면의 화학적 특성
3) 분자 간 결합
4) 화학적 성질을 이용한 표면개질

3. 실험 과정

4. 실험 결과

5. 고찰 포인트에 대한 논의
1) 분자의 극성이 유발되는 이유에 대한 고찰
2) 분자 간 상호작용의 이해 및 친수성 및 소수성 표면특성에 끼치는 영향을 고찰
3) 표면개질 반응의 실생활 활용에 대한 고찰

6. 숙제 문제
1) 접촉각 이외에 표면장력을 측정하기 위한 방법을 3가지 이상 조사하고 원리설명
2) Lotus 효과 등 자연계에 존재하는 친수성 및 소수성 표면을 조사하고 물리/화학적 원리를 설명
3) FOTS 기상하는 방법과 APTES 액상하는 방법에 대해 설명

본문내용

1. 실험목적
- 접촉각 측정을 통해 표면장력 등 물리적 특성 및 분자 간 상호작용에 따른 화학적 표면특성에 대한 이해를 목표한다. 유기실란, 자가조립분자 등을 이용하여 간단한 표면개질을 실시하고 접촉각 측정을 통해 표면물성의 변화를 평가하고 고찰한다.

2. 실험의 이론적 배경
● 표면의 물리적 특성
(1) 표면 장력
- 물방울을 표면에 떨어뜨렸다고 생각해 보면. 물방울에 포함된 물분자들은 서로 일정 수준의 인력을 행사하면서 그 모양을 유지하고 있다. 내부에 있는 물분자의 경우 사방의 다른 물 분자들이 인력을 가하므로 알짜힘이 0이지만 표면에 있는 물 분자의 경우 물방울 바깥쪽에는 인력을 가해줄 분자가 없으므로 물방울 내부 쪽으로의 알짜힘을 받게 된다. 이렇게 내부로 향하는 힘은 물방울 표면을 잡아당기게 하는 효과를 나타내며 물방울이 둥근 모양을 유지하게 되는 것이다. 에너지 측면으로 설명하면, 표면에 있는 물 분자가 내부에 있는 물 분자에 비해 더 큰 위치에너지를 가지게 되므로 그 위치에너지를 최소화 하기 위해 표면 장력(Surface tension)을 나타내는 것이라고 할 수 있다.

(2) 표면 에너지(Surface tension)와 접촉각(Contact angle)
- 액체의 젖음성을 측정하는 간단한 방법으로 접촉각(Contact angle) 측정이 있다. 언급했듯이 액체 방울을 고체에 떨어뜨렸을 때 기체, 액체, 고체 사이의 계면에서 표면 에너지(Surface energy)의 열역학적 평형이 이루어지고, 그에 따라 액체 방울의 모양이 결정된다. 물리, 화학적으로 균일한 고체 표면에 액체를 떨어뜨리면 그림과 같이 고체-액체 계면과 액체-기체 계면이 항상 일정한 각도를 유지하게 된다. 그 각도를 접촉각(Contact angle)이라고 하며 rlv,rsv,rsl은 평형을 이루고 있는 액체-고체, 고체-기체, 고체-액체 사이의 표면 에너지를 나타낸다. 고체의 표면 에너지 rsv는 다음 Young`s equation으로 계산할 수 있다.

참고 자료

없음