Catechol functional groups can easily be found in thread of marine mussel that sticks to many kinds of surfaces. The catechol moiety can interact with various functional groups and make bond with them, and this is why the mussel thread is able to stick to numerous substrates. Lots of researches have been accomplished using catechol-derivatives for coatings on various substrates and further treatments, including surface functionalization, cell adhesion, and energy application. Especially, these secondary treatments have established notable achievements in superhydrophobic treatments. A hierarchical micro/nanostructure necessary to achieve the superhydrophobicity can easily be obtained on catechol-functionalized surfaces, thanks to the catechol moieties interacting with microstructure precursors. Catechol-derived molecules can also be found in insect cuticle, playing a role in wound-healing process of insect exoskeleton. The molecule interacts with protein in the insect and makes cross-linked film, which spontaneously heals the wound on the insect cuticle. This recovering mechanism can be utilized in new-type self-sealing materials. In this thesis, we demonstrate surface-independent superhydrophobic treatment and long-lasting, stimuli-free self-sealing film, based on these properties of catechol-based molecules. We applied the superhydrophobic treatment to flexible substrate for application to control the flow of water and its direction, and fabricated multiple-electrospraying system for spray of water. Also, we annealed the self-sealing film to give electrical conductivity on it, and utilized the annealed film to recover macroscopic damage on graphene.
홍합 족사에서 발견되는 카테콜 작용기는 다양한 작용기들과 상호작용이 가능하며, 이를 통해 다양한 표면에 코팅될 수 있다. 이를 응용하여 카테콜 계열 분자를 이용한 이차개질 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 대표적으로 초소수성 표면처리 기술을 들 수 있다. 초소수성 표면에 필수적인 마이크로 구조를 구현하는 데 있어서, 기판에 카테콜 계열 분자를 미리 코팅함으로써 기판의 종류에 관계없이 마이크로 구조를 손쉽게 형성할 수 있다는 장점을 지닌다. 카테콜 계열 분자는 또한 곤충 외피의 상처 치유 메커니즘에서도 발견된다. 카테콜 계열 분자가 곤충 체내의 단백질과 상호작용하여 가교반응을 통해 새로운 필름이 형성되며, 이러한 원리를 통해 곤충의 외피가 상처를 입었을 경우 시간이 지나면 그 상처가 스스로 회복된다. 본 학위 논문에서는 카테콜 계열 분자의 이러한 특성들을 이용하여, 임의의 표면에 적용 가능한 초소수성 표면처리 기술과 장시간 유지 가능한 자가치유 필름 제작법을 개발하였다. 초소수성 표면 처리 기술을 유연한 기판 위에 도입한 후 물의 흐름과 그 방향을 제어하여 정전분무 시스템을 구축하는 데 성공하였으며, 또한 자가치유 필름을 추후에 열처리하는 과정을 통해 그래핀과 유사한 구조를 지니는 물질을 제작하는 데 성공하였다.
