In this study, mass-producible superhydrophobic surfaces with remarkably identical appearance and efficiency through a mold fabrication and hot embossing process are demonstrated. We focus on mass-producible superhydrophobic surfaces through a mold fabrication and hot embossing process. We designed several surfaces with different area fractions of a solid surface contacting a liquid (fs). Because we utilized a reverse-shaped nickel mold, and could obtain superhydrophobic surfaces with remarkably identical appear-ance and efficiency. Once made the hydrophobic mold, we could transfer it to any type of substrate, including polypropylene (PP) as many times as needed. Despite the myriad of patterns transferred through the nickel mold during the hot embossing process, the contact angle (CA) was constantly high. This result indicates great promise in the manufacturing of mass-producible superhydrophobic surfaces. In addition, for the purpose of finding optimal design, novel production of flexible superhydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS) sur-faces is also demonstrated using a microfabricated SU-8 template on black silicon. The SU-8 mold was fabricated on top of black silicon that had nanoscale features. The replicated PDMS surface had both micro- and nano-sized hierarchical structures. The micro-sized structures were composed of cylindrical posts with a diameter of 40 μm, spacing distance of 10 to 50 μm and height of 10 to 100 μm. The static water contact angle was generally 7˚ larger on PDMS surfaces created on black silicon than on bare silicon presumably due to the presence of nanoscale bumps. The highest static contact angle of 157˚ and the lowest contact angle hysteresis of 3˚ were obtained on molded PDMS surfaces with the cylindrical posts possessing a diameter of 40 μm, spacing distance of 10 μm, and height of greater than 15 μm. Furthermore, yogurt rolled off quickly from the surface exhibiting its self-cleaning capability of the surface if used as a food container. The fabrication of superhydrophobic PDMS surfaces by means of black silicon is highly reproducible and may be suitable for many other applications. In a nutshell, both PDMS and PP superhydrophobic surface is acquired thorough only mechanical topology.
마이크로 구조물과 나노 사이즈 구조물로 이루어진 연꽃잎은 스스로 자정작용을 하는 큰 장점을 갖고 있다. 이러한 잎을 모사하는 초소수성 표면 연구는 Wenzel과 Cassie에 의해 과거부터 연구가 진행되어 왔으며, 현재까지 활발한 연구가 계속되고 있다. 이 연구는 대량생산 가능한, 즉 실용적인 측면에서 초소수성 표면을 구현하기 위한 연구라 할 수 있다. 초소수성 표면 구현은 화학적인 코팅을 통해 얻는 경우가 대부분이지만, 이 연구는 단순히 기계적인 패턴만으로 초소수성 표면을 구현해 화학적인 조성의 변화 없이 초소수성을 구현해냈다는 점에 큰 독창적인 장점이 있다. 이 논문은 크게 두 부분으로 구성되어 있다. 첫 부분은 PDMS 를 통해 최적의 초소수성 표면 사이즈를 설계한 후, 이 사이즈를 바탕으로 hot embossing process를 통해 실제 식품업계에 쓰이는 PP에 전사시켜 동일한 초소수성 표면 구현이 가능한 지 알아보았다. PDMS와 PP 모두 다른 재질임에도 불구하고 동일한 직경과 사이즈라고 할 수 있는 40 μm (fs = 0.5) 에서 최적의 contact angles (CAs) 값을 나타내었으며 덧붙여 다양한 간격과 높이 변화를 통해 최적의 사이즈를 찾을 수 있었다. 이 연구를 통해 단순한 기계적인 패턴만의 변화로도 초소수성 표면이 구현 가능하다는 것을 알 수 있었고, 나아가 실제 식품업체에서도 쓰일 것으로 기대된다.
