유리제품이나 창문에 김이 서릴 때, 투명하게 유지하는 최상의 방법은 지속적으로 물방울을 닦아 내거나 유리 표면에 부착되는 물을 배척하는 발수코팅을 하는 것이다. 그러나 A*STAR’산하 IMRE(Institute of Materials Research and Engineering) 과학자들은 얇고 균일하며 투명한 층을 형성하기 위해 물을 끌어당기는, 이전과는 다른 방식으로 이 문제를 해결하는 방법을 찾아냄으로써 더 명확한 시야확보가 가능하게 되었다.
IMRE는 CleanClear라는 새로운 기술을 개발하였는데, 이 기술은 투명성과 초친수성(superhydrophilic)을 갖는 내구성 있는 영구 세라믹 코팅이다. 이것은 물을 배척하는 것이 아니라 끌어당기는 기능이 있다. 유리나 플라스틱 표면에 김이 서리는 것을 방지하는 수분층(water layer)을 만들게 되어 장기간 동안 더 깨끗한 표면을 유지할 수 있도록 해 준다. 수분층을 형성하는 코팅은 발수(water-repelling) 기술과는 달리, 부가적으로 더 좋은 시야도 제공해 준다.
유리나 플라스틱 표면에 김서림으로 인한 시야의 감소는 습기 찬 환경에서 흔히 발생하는 문제이고, 차량 유리, 안경 및 냄비 뚜껑과 같은 다양한 제품에도 영향을 미친다. 불행히도, 현재의 코팅은 내구성이 떨어지며 정기적으로 다시 코팅을 해주어야 한다.
이 새로운 특허기술은 한 번의 세라믹 코팅을 통해, 섭씨 100도 이하의 가공온도에서 유리 혹은 플라스틱 재품에 적용될 수 있다. 이것은 이 코팅 프로세스가 더 간단하고 궁극적으로 더 비용-효율적이 되도록 한다. 현재 일반적으로 사용되는 화학적 코팅은 반복적인 사용에 의해 쉽게 분해되기 때문에 반복적으로 도포해 주어야 한다. IMRE의 새로운 세라믹 코팅은 내구성이 강하고 영구적이다. 유사한 친수성 코팅이 있긴 하지만, 훨씬 높은 가공온도가 필요하며, 자외선 혹은 햇빛을 이용해야만 활성화되는 문제점이 있다.
거대 다국적 기업들은 먼지나 오염물질이 달라붙는 것을 방지하기 위해 자가세정 유리 표면을 생산하기 위해 이산화티타늄(titanium dioxide; TiO2)과 같은 대체 코팅물질을 사용한다. 그러나 TiO2 세라믹 코팅은 섭씨 600도 이상의 온도에서만 표면에 적용될 수 있다. 때문에 유리와 같은 물질에 적용하기에는 무리가 있다. CleanClear는 유리에서 플라스틱에 이르기까지 다양한 표면 및 물질에 적용될 수 있다. 또한 TiO2 코팅은 햇빛에 의해 활성화되지만, IMRE의 새로운 코팅은 활성화가 필요하지 않으며 야간이나 햇빛이 약한 상태나 실내 환경에서도 기능을 유지한다.
이 코팅방법은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예를 들어, 차량의 창문, 거울 및 오토바이 바이저(visor)에 적용하면 비가 오는 중에도 더 좋은 시야를 제공하게 된다. 건물 외벽에 이 새로운 물질로 코팅을 하면, 비가 올 때 자가세정이 된다. 유리 이외에도 다양한 표면에 적용할 수 있기 때문에, 잠재적으로 비용절감의 이점도 있다. CleanClear는 소비재에 적용하여 음식 용기나 뜨거운 음식을 담는 용기에의 응축현상을 감소시킬 수 있다.
기존의 기술들은 유기물질을 기반으로 하고 있고 일부는 나노입자를 사용하고 있지만, 이런 것들은 오래 지속되지 않으며 때때로 다시 코팅해야 한다. CleanClear 공정은 코팅을 영원히 표면의 일부로 만들어준다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 6월 13일]
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Creating a water layer for a clearer view
When it comes to fogged up glassware or windows, the best way to keep a clear view seems to be by wiping the water droplets away constantly or having coatings that prevent the water from sticking to the glass. However, scientists at A*STAR’s Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) have discovered that doing just the opposite - collecting the water to create a uniform, thin, transparent layer - actually helps produce a better, clearer view.
MRE has invented a new technology, CleanClear, which is a durable and permanent ceramic coatingthat is transparent and superhydrophilic, which means it attracts water instead of repelling it. This creates a layer of water that prevents fogging on glass or plastic surfaces, and keeps surfaces cleaner for a longer period of time. Water-forming coatings create an additional uniform water layer to produce a better view as opposed to water-repelling technologies that form water droplets which impair vision.
Reduced visibility from fogged up glass or plastic surfaces is a common problem in wet or humid environments, and affects a multitude of products such as car windshields, spectacles, goggles, and even covers for cookware. The majority of solutions rely on water-repelling coatings. Unfortunately, current coatings are not durable and most have to be re-applied regularly.
How the technology works
The new patented technology from A*STAR’s IMRE is a one-time ceramic coating that can be applied onto glass or plastic materials at processing temperatures below 100oC. This is important as it makes the coating process simpler and ultimately, more cost-effective. Currently, commonly used chemical coatings degrade easily with continued usage and have to be re-applied. IMRE’s new ceramic coating is durable, permanent and only needs to be applied once. Although there are also other similar “water-loving” coatings, these are often processed at much higher temperatures and can only be activated by ultraviolet (UV) rays or sunlight.
Large multinational companies also use alternative coatings like titanium dioxide (TiO2) to produce self-cleaning glass surfaces that prevent dirt and dust from sticking. However, the TiO2 ceramic coats can only be applied on surfaces during the manufacturing process at temperatures above 600°C. This limits their application to hard materials like glass. CleanClear can be adapted to multiple surfaces and materials, ranging from glass to plastics. TiO2 coatings are also activated by sunlight but IMRE’s new coating does not require activation and continues to function even at night and in low-light, indoor environments.
There are many useful applications for IMRE’s “water-loving” surface. For example, it can be applied on car windshields, mirrors and motorcycle visors, allowing for better visibility in the rain. Coating building exteriors with this new material allows for self-cleaning during rain. Due to its adaptability for application on various surfaces besides glass, this could also result in potential cost savings. CleanClear can also be applied to consumer products to reduce condensation on glass covers for pots, food containers and hot food displays.
“Conventional technologies mainly use organic-based materials and some with nanoparticles but these don’t last long, and need to be re-coated from time to time. The CleanClear process makes the coating part of the surface – permanently,” said Dr Gregory Goh, the lead scientist from IMRE who developed the technology last year.
“CleanClear could be used to help create a sort of a clear ‘vision shield’ for today’s car windshields during heavy rain,” added Dr Goh. “Or we could use it to replace current daytime, UV light activated coatings with an all-day, all-night CleanClear coat on building facades to keep glass cleaner.”
IMRE is in talks with companies to further develop and license the technology.
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