신기술: 새로운 연수 겔 표면 코팅 물때 제거

화력발전소의 온수 사용으로 인한 물때 축적은 효율에 심각한 영향을 미치기 때문에 연구원들은 물때 결정체를 배척하고 부착을 방지하는 새로운 연수겔 표면 코팅을 개발하게 되었다.물때는 주로 탄산칼슘으로 구성되며 가정주변, 주전자, 물탱크와 세탁기 내부에서 물때가 쌓이는 것을 볼 수 있다. 특히 수질이 비교적 단단한 지역 (즉 미네랄 함량이 높음) 과 표면이 뜨거운 물에 닿을 때 더욱 그렇다.

물때가 집에 쌓이는 것도 고민이지만 화력발전소에 미치는 영향은 더 크다.이들 발전소는 보일러로 물을 가열해 고압 증기를 발생시키고, 터빈을 구동해 기계에너지를 발생시킨 뒤 발전기에서 전기에너지로 전환한다.공업용 열교환기와 필름은 때가 끼기 쉽다. 열전도와 유동성능의 효율이 떨어지기 때문에 매년 발생하는 에너지 손실은 매우 크다. 적어도 전 세계 에너지 총생산량의2%。

이 문제를 해결하기 위해 스위스 취리히 연방공과대학과 미국 UC 버클리 연구진이 협력해 물때를 제거하고 부착을 방지하는 혁신적인 하이드로겔 표면 코팅을 개발했다.

연구진은 먼저 현미경 아래에서 개별 물때 결정체와 주변의 물줄기를 관찰해 결정체가 어떻게 동적 물 환경에서 퇴적되고 부착되는지를 파악했다.그런 다음 그들은 소프트 재료로 몇 가지 코팅을 개발하고 실험실에서 테스트에 착수했습니다.

연구진은 주로 서로 다른 폴리머 함량을 실험한 결과 폴리머 함량이 낮고 수분 함량이 높을수록 탄산칼슘 결정체의 표면 부착력이 떨어지는 것을 발견했다.연구진의 디자인은 자연, 특히 상어의 피부에 있는 척추에서 영감을 받았는데, 이 척추는 미생물을 부착하기 어렵게 한다.폴리스티렌으로 만든 모형 입자를 사용한 테스트에 따르면 표면 척추는 위에 쌓인 입자보다 작아야 접촉면을 줄여 생기는 접착력을 줄일 수 있다.

이 연구의 제1저자인 줄리안 슈미드(Julian Schmid)는 "우리는 재료의 표면을 최고 효율로 바꾼 뒤 최적의 구조 크기로 결정 실험을 했다"고 말했다.

전자현미경으로 볼 수 있는 척추형 하이드로겔 표면 코팅과 접촉하는 마이크로미터급 물때 결정 Julian Schmid/ETH Zurich

물때 결정 실험 과정에서 연구원들은 물이 부드러운 하이드로겔 코팅 표면을 통과할 때 최대 98% 의 크기가 약 10이라는 것을 발견했다마이크로미터의 결정체가 제거되었다.같은 조건에서 처리되지 않은 경질 기저를 사용하는 것보다 66% 낫다.

현재는 열교환기와 막의 물때를 제거하기 위해 유독화학품을 사용하는 경우가 있다.연구진은 그들의 신형 표면 코팅이 현재의 방법보다 더 친환경적이고 효율적이라고 말했다.또한 솔루션이 널리 보급되기를 원합니다.

연구원들은 그들의 방법에 대해 특허를 신청하지 않고 그들의 연구결과를 발표하여 기타 관련 면에서 이런 신형의 코팅을 사용하고 진일보 개발할수 있도록 하기로 결정했다.

이 연구는 《 과학진전 》 잡지에 발표되었다.