소수성 동물

화학에서, 소수성은 물의 덩어리에서 겉으로 보기에 거부되는 분자의 물리적 특성이다.^[1]반면 친수성은 물에 끌린다.

소수성 분자는 무극성이기 때문에 다른 중성 분자와 무극성 용제를 선호합니다.물 분자는 극성이기 때문에, 하이드로포브는 그것들 사이에서 잘 녹지 않는다.물 속의 소수성 분자들은 종종 함께 모여 미셀을 형성한다.소수성 표면의 물은 높은 접촉각을 보입니다.

소수성 분자의 예로는 일반적으로 알칸, 기름, 지방 및 기름진 물질을 들 수 있다.소수성 물질은 물 속의 기름 제거, 기름 유출 관리, 극성 ^[2]화합물의 비극성 물질을 제거하기 위한 화학적 분리 과정에 사용됩니다.

소수성은 종종 친유성, "지방 애호성"과 교환하여 사용된다.그러나 이 두 용어는 동의어가 아닙니다.소수성 물질은 보통 친유성이지만 실리콘이나 불소화탄소 같은 예외는 있다.

The term hydrophobe comes from the Ancient Greek ὑδρόφόβος (hýdrophóbos), "having a fear of water", constructed from Ancient Greek ὕδωρ (húdōr) 'water', and Ancient Greek φόβος (phóbos) 'fear'.^[3]

화학적 배경

소수성 상호작용은 대부분 비극성 분자 주위에 포접률 같은 구조를 형성하는 무극성 용질에 의해 액체 물 분자 사이의 매우 역동적인 수소 결합이 파괴되는 것에서 비롯되는 엔트로픽 효과이다.이 구조체를 형성했다 더 높은 자유 물 분자보다 물 분자는 자신이 스스로 분데스리가 등 상호 작용하는 배치와 함께 그 시스템의 엔트로피를 표면적 물에 노출을 줄이기 위해 성단에 무극성 분자는 더 높은 엔트로피 상태에 따라서 결과로 인해 명령을 받는다.[4][5]따라서, 두 불용성 단계(친수성 대 소수성)는 대응하는 계면 면적이 최소화되도록 변화할 것이다.이 효과는 위상 ^{[citation needed]}분리라고 불리는 현상으로 시각화할 수 있습니다.

초유동성

연꽃잎과 같은 초소수성 표면은 젖기 매우 어려운 표면이다.물방울의 접촉각이 150°^[6]를 초과합니다.이것은 연꽃 효과라고 불리며, 주로 화학적 ^{[citation needed]}특성이라기보다는 계면 장력과 관련된 물리적 특성입니다.

이론.

1805년 토마스 영은 ^[7]기체로 둘러싸인 고체 표면에 놓인 액체 방울에 작용하는 힘을 해석하여 접촉각θ를 정의하였다.

$\displaystyle \text_{\text{SG}}\ = \syslog_{\text{\text}SL}}+\gamma_{\text{LG}}\cos\theta,}$

어디에

$SG \displaystyle$$$$SG}\ }$ =$$ 고체와 기체 사이의 계면장력

$SL \displaystyle$$$$SL}}\$} =$$ 고체와 액체 사이의 계면장력

$LG \displaystyle$$$$LG}}\$} =$$ 액체와 기체의 계면장력

θ는 접촉각 고니오미터로 측정할 수 있다.

Wenzel은 액체가 미세구조 표면과 밀접하게 접촉하면 will가 θ로_W* 변화한다고 판단했습니다.

${\displaystyle \cos \theta _{W}*=r\cos \theta,}$

여기서 r은 투영 ^[8]면적에 대한 실제 면적의 비율입니다.웬젤의 방정식은 미세구조가 표면의 자연경향을 증폭시킨다는 것을 보여준다.소수성 표면(원래 접촉각이 90° 이상인 표면)미세구조화되면 소수성이 높아집니다. 즉, 새로운 접촉각이 원래보다 커집니다.단 친수성 표면(원래 접촉각이 90° 미만인 표면)미세구조화되면 친수성이 높아집니다.새로운 접촉각은 ^[9]원래의 접촉각보다 작아집니다.Cassie와 Baxter는 액체가 미세 구조 위에 매달려 있으면 the가 :로_CB* 바뀌는 것을 발견했습니다.

$\displaystyle \cos \theta _{\text{\text}CB}}*=\varphi(\cos \theta +1)-1,}$

여기서 θ는 ^[10]액체와 접촉하는 고체의 면적 비율입니다.Cassie-Baxter 상태의 액체는 Wenzel ^{[citation needed]}상태보다 이동성이 더 높습니다.

Wenzel 또는 Cassie-Baxter 상태 중 어느 것이 존재해야 하는지 예측할 수 있습니다.자유 에너지 인수를 최소화함으로써 보다 작은 새로운 접촉각을 예측한 관계가 존재할 가능성이 가장 높은 상태가 된다.수학적으로 캐시-박스터 상태가 존재하기 위해서는 다음과 같은 부등식이 ^[11]참이어야 한다.

$\displaystyle \cos \theta < { \ frac { \ varphi - 1 } { r - \ varphi } }$

Cassie-Baxter 상태에 대한 최근 대체 기준은 다음의 두 가지 기준을 충족했을 때 Cassie-Baxter 상태가 존재한다고 주장한다. 1) 접촉선 힘은 지지되지 않는 액적 중량의 체력을 극복하고 2) 미세구조물이 미세구조물의 기부에 접촉하는 것을 막을 수 있을 만큼 충분히 높다.ures.^[12]

Wenzel과 Cassie-Baxter 상태 간의 전환에 대한 새로운 기준이 표면 거칠기와 표면 ^[13]에너지에 기초하여 최근에 개발되었습니다.이 기준은 거친 표면의 액체 방울 아래 공기 가두는 능력에 초점을 맞추고 있으며, 이는 표면 거칠기와 ^{[citation needed]}에너지의 특정 조합을 위해 웬젤의 모델 또는 캐시-박스터의 모델을 사용해야 하는지를 판단할 수 있다.

접촉각은 정적 소수성의 척도이며 접촉각 이력 및 슬라이드 각도는 동적 척도입니다.접촉각 히스테리시스는 표면 ^[14]이질성을 특징짓는 현상이다.피펫이 고체 위에 액체를 주입하면 액체는 어느 정도 접촉각을 형성합니다.피펫이 더 많은 액체를 주입하면 액적이 증가하고 접촉각이 증가하지만 3상 경계는 갑자기 바깥쪽으로 이동할 때까지 움직이지 않습니다.물방울이 바깥쪽으로 이동하기 직전에 가졌던 접촉각을 전진 접촉각이라고 한다.이제 액체 방울에서 액체를 다시 펌핑하여 후퇴하는 접촉 각도를 측정합니다.액체 방울은 부피가 감소하고 접촉 각도가 감소하지만, 3상 경계는 갑자기 안쪽으로 물러날 때까지 정지 상태를 유지합니다.물방울이 안쪽으로 후퇴하기 직전에 가졌던 접촉각을 후퇴 접촉각이라고 한다.진각과 후퇴각의 차이를 접촉각 이력이라고 하며 표면의 이질성, 거칠기 및 이동성을 ^[15]특징짓는 데 사용할 수 있다.균일하지 않은 표면에는 접점선의 움직임을 방해하는 도메인이 있습니다.슬라이드 각도는 또 다른 동적인 소수성 측정값으로, 물방울이 미끄러지기 시작할 때까지 표면에 물방울을 쌓고 표면을 기울여 측정합니다.일반적으로 Cassie-Baxter 상태의 액체는 Wenzel ^{[citation needed]}상태의 액체보다 더 낮은 슬라이드 각도와 접촉각 이력을 보입니다.

연구 개발

Dettr와 Johnson은 1964년 초소수성 연꽃 효과 현상이 거친 소수성 표면과 관련이 있다는 것을 발견하고 파라핀이나 TFE 텔로머로 코팅된 유리구슬 실험을 바탕으로 이론적 모델을 개발했다.초소수성 미세 나노구조 표면의 자가 세척 특성은 ^[16]1977년에 보고되었습니다.과플루오로알킬, 과플루오로폴리에테르, RF 플라즈마형 초소수성 물질을 개발하여 1986년부터 ^{[17][18][19][20]}1995년까지 전기경화 및 바이오의학 응용에 상용화하였다.1990년대 중반 이후 ^[21]다른 기술과 응용 프로그램이 등장했습니다.마이크로미터 크기의 특징 또는 100마이크로미터 이상의 입자를 가진 표면을 덮는 나노 크기의 입자 100 100나노미터 이하의 초소수성 계층 조성물로 이루어진 내구성 있는 초소수성 계층 조성물이 2002년에 공개되었다.큰 입자는 작은 입자를 기계적 ^[22]마모로부터 보호하는 것으로 관찰되었습니다.

최근 연구에서 초유동성은 알킬케텐 이합체가 나노구조 프랙탈 ^[23]표면으로 굳어지도록 함으로써 보고되었다.그 후 많은 논문이 입자 증착,^[24] 솔겔 기술,^[25] 플라즈마 처리,^[26] 증기 ^[24]증착 및 ^[27]주조 기술을 포함한 초소수성 표면을 생성하는 제작 방법을 제시했습니다.연구에 영향을 미칠 수 있는 현재의 기회는 주로 기초 연구와 실용적인 ^[28]제조에 있습니다.최근 Wenzel 및 Cassie-Baxter 모델의 적용 가능성에 대한 논의가 대두되었다.Wenzel 및 Cassie-Baxter 모델의 표면 에너지 관점에 도전하고 접촉선 관점을 촉진하기 위해 설계된 실험에서, 물방울은 거친 소수장의 매끄러운 소수점, 매끄러운 소수장의 거친 소수점 및 친수장의 ^[29]소수점에 배치되었다.실험 결과 접촉선에서의 표면 화학과 기하학이 접촉각과 접촉각 이력에 영향을 미쳤지만 접촉선 내부의 표면적은 영향을 미치지 않았다.접점 라인의 들쭉날쭉함이 증가하면 액체 이동성이 향상된다는 주장도 ^[30]제시되었습니다.

자연에서 발견되는 많은 소수성 물질은 Cassie의 법칙에 의존하며 하나의 구성 요소 공기로 준마이크로미터 수준에서 2상입니다.연꽃 효과는 이 원리에 근거하고 있다.이에 영감을 받아 기능성 초소수성 표면이 많이 ^[31]준비되었습니다.

나노기술에서 생체모방성 초소수성 물질의 예는 나노핀 ^{[citation needed]}필름이다.

한 연구는 자외선 복사의 ^[32]영향을 받아 초유동성과 초유동성을 가역적으로 전환하는 오산화바나듐 표면을 제시한다.연구에 따르면 예를 들어 잉크젯 프린터로 장미 모양의 VO₂₅ 입자를 현탁함으로써 어떤 표면도 이와 같이 변경할 수 있다.다시 한 번 소수성은 층간 공기 포켓에 의해 유도됩니다(2.1nm 거리로 분리됨).자외선 효과도 설명됩니다.자외선은 전자-공 쌍을 만들고, 그 구멍은 격자 산소와 반응하여 표면 산소의 빈 공간을 만드는 반면, 전자는 V에서 V로⁵⁺³⁺ 감소시킵니다.산소공백은 물로 채워지고 바나듐 표면에 의해 친수성이 생깁니다.어둠 속에서 장기간 저장함으로써 물은 산소로 대체되고 친수성은 다시 ^{[citation needed]}상실된다.

대부분의 소수성 표면은 코팅 또는 표면 처리를 통해 벌크 재료 표면의 구조 또는 화학적 변경에 의해 소수성 특성을 부여한다.즉, 분자종(일반적으로 유기물) 또는 구조적 특징이 존재하면 물의 접촉각이 높아집니다.최근 몇 년 동안 희토류 산화물은 고유 소수성을 ^[33]가지고 있는 것으로 나타났다.희토류 산화물의 고유 소수성은 표면 방향과 산소 공실 수준에 따라 달라지며, 자연적으로 코팅이나 표면 처리보다 더 강력하며 고온 또는 부식 환경에서 작동할 수 있는 응축기 및 촉매에 잠재적으로 적용됩니다.^[34]

응용 프로그램 및 잠재적인 응용 프로그램

소수성 콘크리트는 20세기 ^{[citation needed]}중반부터 생산되었다.

초소수성 물질에 대한 최근의 활발한 연구는 결국 더 많은 산업적 ^{[citation needed]}응용으로 이어질 수 있다.

면직물에^[35] 실리카 또는 티타니아^[36] 입자를 솔겔 기법으로 코팅하는 간단한 루틴이 보고되었으며, 이는 직물을 자외선으로부터 보호하고 초소수성으로 만듭니다.

폴리에틸렌을 초소수성으로 만들어 자가 ^[37]세척하는 효율적인 루틴이 보고되었다.이러한 표면의 99%는 쉽게 씻겨 내려갑니다.

패턴화된 초소수성 표면은 랩 온 칩 마이크로 유체 소자에도 적합하며 표면 기반 생체 ^[38]분석을 획기적으로 개선할 수 있습니다.

의약품에서 약제 혼합물의 소수성은 약물의 용해 및 ^[39]경도와 같은 최종 제품의 중요한 품질 속성에 영향을 미칩니다.제약 ^[40][41]재료의 소수성을 측정하는 방법이 개발되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 양친매 – 친수성 및 친유성 화합물
• 산화세륨(IV)
• 접촉 각도계
• 거품부선 – 소수성 물질과 친수성 물질을 선택적으로 분리하는 방법
• 친수성 – 물에 끌리는 분자체
• 소수성 효과 – 수용액 중 비극성 분자의 집합
• 소수성 척도
• 리포포비시티, 일명 올레포비시티
• 희토류 산화물
• 실리콘 유기 발수제
• 초유동성(초유동성이라고도 함) – 물질적 특성
• 초소수성 코팅 – 발수성 코팅

레퍼런스

외부 링크

• 초소수성 표면이란 무엇입니까?
• 소수성과 친수성의 차이