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황철석의 표면 거칠기와 접촉각의 관계

정문영1)*·허원2) ·손승규3)

Relationship between Surface Roughness and Contact Angle of Pyrite Moon Young Jung*, Won Heo and Seung kyu Son

(Received 28 March 2014; Final version Received 7 May 2014; Accepted 19 June 2014)

Abstract : There is approximately 5˚ difference in contact angle on the pyrite surface before and after 30 second interval measurement independent of roughness. Thus it is important to fix the measurement time to exclude the errors made from the contact time when contact angles are measured by sessile drop method. Though the samples, which were taken from the mineralogically homogeneous pyrite samples are evenly made, there are lots of differences in the contact angles according to the measurement positions. That was mostly due to the surface roughness of minerals. The contact angles of pyrite samples decreased slightly as the surface roughness increased. It is a typical phenomenon that it appears in hydrophilic surfaces depending on the Wenzel theory. Therefore it is necessary to lower the surface roughness to increase hydrophobicity of pyrite.

Key words : Pyrite, Surface roughness, Wenzel theory, Contact angle

요 약 : 황철석 시편은 그의 표면 거칠기에 상관없이 측정시간이 30초 경과함에 따라 접촉각이 약 5°차이가

발생하였다. 따라서 sessile drop법으로 접촉각을 측정할 경우에는 접촉시간에 따른 오차를 배제하기 위해서 측정

시간을 고정하는 것이 중요하다. 광물학적으로 균질한 황철석 시료를 취하여 평탄하게 제조한 시편인데도 불구

하고 측정위치에 따라 접촉각에 많은 차이를 보이고 있었다. 이는 주로 광물 표면의 거칠기 때문에 나타나는

현상으로 황철석의 접촉각은 표면 거칠기가 증가함에 따라 약간 감소하였다. 이는 Wenzel이론에 따라 친수성

표면에서 나타나는 전형적인 현상이다. 따라서 황철석의 소수화도를 증가시키려면 그의 표면 거칠기를 낮추는

것이 필요하다.

주요어 : 황철석, 표면 거칠기, Wenzel이론, 접촉각

1) 세명대학교2) 태서산업(주)3) 한국해양과학기술원*Corresponding Author(정문영)E-mail; myjung@semyung.ac.kr Address; Department of Bio & Environmental Eng.,

Semyung University, Choongbuk, Korea

ISSN 2288-0291(print)ISSN 2288-2790(online)

한국자원공학회지 J. Korean Soc. Miner. Energy Resour. Eng.Vol. 51, No. 3 (2014) pp. 349-357, http://dx.doi.org/10.12972/ksmer.2014.51.3.349

서 론

포말부선(froth flotation)은 1900년대 초부터 맥석광

물로부터 가치 있는 광석광물을 신속하고 효율적으로 선

별하기 위해 사용되어 왔다. 비록 부선기술은 완성단계

에 이르렀지만, 부선과정의 물리화학적 원리는 아직 완

전히 설명되지 않고 있다(Shean and Cilliers, 2011). 포말부선의 연구는 광물표면의 젖음도(wettability)와 부유

도(floatability) 사이의 정량적 관계 수립에 주로 관심이

있어 왔다. 그런 관계가 부선과학에 근본적으로 중요할

뿐 아니라 역시 부선기술의 개발에서 사용될 수 있고, 그것은 부선거동을 정확히 예측할 수 있다. 그런 모형이 접

촉각(contact angle)을 포함해서 여러 물리적이고 화학적

인 매개변수를 통합하며 표면 젖음성을 측정하는 빠르고

단순한 방법이라 간주된다(Rao, 2004). 접촉각은 1세기

이상 중점적으로 연구되었고 부선과정에 대한 접촉각의

고려는 Wark와 Cox(1934)에 의해 정리되었다. 이들은

황화광물 부선에 미치는 요인의 효과를 설명하기 위해

평편한 광물표면에서 접촉각 측정 연구를 수행하였다. 일반적으로 물방울 접촉각이 90° 이하인 고체표면을 친

수성(hydrophilic) 그리고 90° 이상인 고체표면을 소수성

(hydrophobic)으로 간주하였다(Adamson and Gast, 1997; Uelzen and Muller, 2003). 그러나 광물입자표면

의 물방울 접촉각이 90° 이상인 경우는 없기 때문에 물

리화학적 차원에서 볼 때 모든 광물은 친수성 표면을 지

니고 있다. 한편, 파쇄면이 비극성(non-polar) 표면을 가

연구논문

정문영 · 허원 · 손승규

한국자원공학회지

350

(a)

(b)

Fig. 1. Definition of contact angles, (a) contact angle on ideal surface is called Young contact angle, (b) apparent or measured contact angle on rough (Wenzel) surface.

진 광물은 석탄, 흑연, 다이아몬드, 황, 활석, 휘수연석, 휘안석 등이다. 이러한 광물들은 물과의 친화력이 낮기

때문에 천연적인 소수성 광물이라 분류한다. 접촉각 측

면에서 본 광물표면의 친수성 및 소수성에 대한 기준을

명확하게 설정할 수 없지만 일반적으로 sessile drop법으

로 측정한 정적접촉각이 60°～90°인 광물을 소수성 광

물이라 한다(Wills, 1997). 이처럼 접촉각은 광물의 자연

부유도와 밀접한 관계가 있기 때문에 광물표면의 젖음

성질에 대한 자료를 제공하는 유용한 지표이다(Wills, 1997; Rao, 2004; Ulusoy and Yekeler, 2007; Jung et al., 2014). 그러나 접촉각은 측정방법, 광물표면의 거칠

기, 이극성, 산화정도, 오염정도, 입자 크기 및 형태 등에

따라 달라질 수 있으므로 명확히 설정할 수는 없다. 실제 고

체표면의 접촉각은 전진 접촉각(advancing contact angle)과

후진 접촉각(receding contact angle)이 존재한다. 두 각

의 차이는 접촉각 이력현상(hysteresis)이라 불린다. 이러

한 접촉각 이력현상값이 일반적으로 5°～20°이지만 때

때로 더 커진다고 보고되어 있다(Zografi and Johnson, 1984; Butt et al., 2006; Chau et al., 2009). Adamson와

Gast(1997)는 접촉각 이력현상을 일으키는 주요 이유를

다음과 같이 제시했다. 고체표면 또는 액체의 오염, 표면

거칠기, 그리고 표면의 이질성이다. 불행하게도 접촉각

이력현상을 일으키는 이유의 원인을 구별하는 독립적인

방법이 없다. 그러므로 허용할 만한 접촉각 이력현상을

위해 가능한 한 완벽에 가까운 고체표면을 만들어 내는

데 특별한 신경을 써야한다. 그러나 실제 광물표면의 접

촉각의 정확한 측정과 예측은 젖음 현상에 영향을 미치

는 많은 요인 때문에 어렵다. 잘 알려진 Wenzel식과

Cassie식이 흔히 거칠고 이질적인 표면에서 각각 접촉각

을 측정하기 위해 사용되었다. 즉, 광물표면의 화학적인

특성(이질성)뿐만 아니라 물리적 특성(표면 거칠기)이

젖음성에 영향을 준다는 것을 제시하였다(Rao, 2004). 따라서 본 연구에서는 광물의 표면특성이 접촉각에 미치

는 영향을 파악하기 위해 고체 표면 거칠기에 대한 접촉

각 측정을 수행하였다.

이론적 배경

표면장력과 접촉각 사이의 관계는 Young에 의해 처음

으로 제안되었다. 고체표면위의 액체방울의 접촉각이 3상에서의 계면장력 즉 고체-기체 표면장력(ϓSV), 고체-액체 계면장력(ϓSL) 그리고 액체-기체 표면장력(ϓLV) 하에 역학적 평형에 의해 측정된다. 이상적인 고체표면상

에서 표면장력의 균형의 관계는 다음과 같이 Young식으

로 표현된다(Adamson and Gast, 1997). 이때 이룬 평형

상태의 정적 접촉각을 Young의 접촉각 θy라 한다(Fig. 1(a)).

ϓSV = ϓSL + ϓLV･cosθy (1)

식 (1)의 타당성은 이상적인 고체표면 즉, 평평한(flat), 매끄러운(smooth), 균질한(homogeneous), 비기공성(non- porous)일 것을 요구한다(Chau et al., 2009). Young식의 필요사항을 충족하는 표면은 이상적인 표면이라 불린

다. 그러나 대부분의 고체 표면은 이상적이지 않다. 이처

럼 이상적이지 않은 표면에서 측정할 수 있는 접촉각은 겉

보기 접촉각(apparent contact angle)이라 한다. 비이상적인

표면에 관련된 주요인은 고체표면의 오염(contamination), 거칠기(roughness)그리고 불균질성(heterogeneous)이다. 이중에서 표면 거칠기가 젖음성에 미치는 영향에 대한

효과를 연구한 최초의 과학자가 Wenzel이다. Wenzel (1936)에 의하면 소수성 표면을 가진 고체는 그의 표면

이 거칠어질수록 소수성이 더욱 더 증가함을 밝혔다. 거친 표면에서 측정한 겉보기 접촉각(Fig. 1(b))은 다음과

같이 Wenzel식에 따라 이상적인 접촉각에 관련된다. 이

수정식은 액체방울크기가 거칠기 규모와 비교해서 충분

히 크고, 액체가 고체표면위의 거칠 홈(groove)안으로

완전히 침투할 것을 필요로 한다.

cosθm = r･cosθy (2)

식 (2)에서 θm는 거친 표면에서 측정한 겉보기 접촉각

(Wenzel 접촉각)이고 r은 실제표면적과 겉보기 표면적

사이의 비율로서 정의된 평균 거칠기 비율이다. 실제표

황철석의 표면 거칠기와 접촉각의 관계

제51권 제3호

351

Fig. 2. XRD of the pyrite sample(P : pyrite, B : barite, C : chalcopyrite).

Table 1. Mineral quantities of the pyrite sample

samplemineral quantity(wt.%)

pyrite barite chalcopyrite

pyrite 98.6 1.2 0.2

(a)

(b)

(c)

Fig. 3. Pyrite plates with a different surface roughness for contact angle measurement.

면적은 원자력간현미경(atomic force microscope, AFM)과 같은 측정기법으로 측정될 수 있다. 겉보기 표면적(또는 기하학 면적)은 스캔면적(횡단과 종단 스캔길이의 곱)과 동등할 것이다(Chau et al., 2009). 많은 연구자들은

접촉각이 표면 거칠기에 의해 조율될 수 있다고 여러 연

구를 통해 보여주었다(Shibuichi et al., 1996; Meiron et al., 2004; Ulusoy and Yekeler, 2005; Ulusoy and Yekeler, 2007). 친수성 표면(θ < 90°)에서는 거친 표면

의 겉보기 접촉각이 매끄러운 표면의 접촉각보다 더 작

은 것으로 그리고 소수성 표면(θ > 90°)에서는 그 반대

임을 증명하였다. 즉 소수성 물질은 표면이 거칠어질수

록 젖음성이 크게 감소하고 친수성 물질은 표면이 거칠

어질수록 젖음성이 증가하는 것으로 관찰되었다. 이처럼

소수성과 친수성 표면 모두 그의 거칠기에 의해 접촉각

변화를 보이고 있다.

실험재료 및 방법

광물시료 및 시약

Fig. 2와 Table 1은 각각 실험에 사용한 자연산 광물의

XRD 정성분석 및 XRD 정량분석결과로서 미량의 중정

석과 황동석이 검출되었지만 전반적으로 순수한 황철석

시료임을 보여주고 있다. XRD분석은 30 kV, 20 mA의

가속전압과 전류조건에서 CuKα X-선을 사용하여 스텝-

스캔 방식으로 시행하였다. 또한 XRD 정량분석은 Rietveld method를 적용한 소프트웨어인 SiroquantTM program (version 2.5)을 사용하여 수행하였다. 광물 시료의 접촉

각 측정용 액체는 잔유물이 2 mg/L이하이고 전기전도도

가 1.0 MΩ인 초순수(J.T.Baker, U.S)를 사용하였다.

접촉각 측정

접촉각 측정용 황철석 시편(Fig. 3)은 먼저 결정구조가

큰 황철석 입자를 수지(resin)로 경화시킨 후 일정한 두

께로 절단하고 표면 거칠기가 다르게 연마하고 편광현미

경용 슬라이드 유리판(slide glass)에 수평으로 고정시켜

제조하였다. 제조된 황철석 시편의 접촉각은 물방울 1drop (약 2.7 mg)을 표면에 접촉시킨 후, 독일 Krüss G40 goniometer를 이용하여 sessile drop법으로 측정하였다

(Jung et al., 2014). 접촉각은 매 측정 시 최소 5회 이상

을 측정하여 그 평균값을 취하였다. 매 실험마다 황철석

시편의 표면산화의 영향을 최소화하기 위해 아세톤을

적신 면봉으로 시편의 표면을 수회 연마하고 초순수로

정문영 · 허원 · 손승규

한국자원공학회지

352

Fig. 4. The contact angle of water on the pyrite surface with measurement time using Krüss G40 goniometer.

θ = 71.32° θ = 65.48° θ = 60.21°

Fig. 5. Sessile water drop contact angle of pyrite with measurement time.

Fig. 6. Variation of the contact angle on different point of pyrite surface using sessile drop method with ultrapure water.

Fig. 7. Flat surface of pyrite polished by sandpaper #220 for measurement of sessile drop contact angle.

수회 세척한 다음 접촉각을 측정하였다. 이때, 실내온도

는 23±2℃ 유지하였다.

표면거칠기 분석

접촉각 측정용 시편의 표면 거칠기(surface roughness)는 한국기초과학지원연구원 서울센터의 원자간력현미경

인 AFM(Multimode SPM, Digital Instruments)을 이용

하여 측정하였다. 이 AFM(atomic force microscope)의

측정원리는 관찰하고자 하는 시편의 표면에 탐침을 수

nm대로 근접시켰을 때, 탐침부분의 끝 원자와 시료표면

의 원자사이에서 발생하는 물성(터널링 전류 또는 원자

간의 힘)을 적절히 이용하여 시료의 표면구조(표면거칠

기 등)를 관찰하는 장비이다.

결과 및 고찰

측정시간에 따른 접촉각의 변화

Fig. 4는 평탄하게 제조한 황철석 표면에 초순수 액적

을 떨어뜨린 후 측정시간에 따른 정적 접촉각의 변화를

보여주는 화면이다. 황철석 표면에 초순수 액적이 접촉

한 초기의 접촉각은 71.32°이었으나 30초 경과한 후에는

65.48° 그리고 60초 경과한 후에는 60.21°이었다(Fig. 5). 즉, 측정시간이 30초 경과함에 따라 접촉각이 약 5°차이

가 발생하였다. 이는 액적의 퍼짐과 증발현상 때문에 나

타나는 현상이라고 볼 수 있다. 이처럼 정적 접촉각은 접

촉시간이 경과함에 따라 감소하므로 sessile drop법으로

접촉각을 측정할 경우에는 측정시간을 고정하는 것이 중

요하다.

측정위치에 따른 접촉각

Fig. 6은 연마지(sand paper #220)로 연마하여 제조한

황철석 표면(Fig. 3(a))의 여러 위치에 초순수 액적을 떨

어뜨려 sessile drop법으로 측정한 접촉각의 결과를 나타

낸 그래프이다. 5지점에서 측정한 황철석의 평균 접촉각은

황철석의 표면 거칠기와 접촉각의 관계

제51권 제3호

353

Fig. 8. Variation of the water contact angle according to surface roughness of pyrite using sessile drop method.

(a) r =1.188

(b) r = 1.003

Fig. 9. AFM images on surface roughness(r) of (a) rough pyrite surface polished by sandpaper #220 and (b) smooth pyrite surface polished by 1 ㎛ abrasives.

65.72° 그리고 표준편차는 1.92°이므로 황철석 평균 접

촉각의 신뢰구간은 65.72°±2.38°(95% 신뢰수준)이었다. 이때 각 지점의 접촉각은 소정의 위치에 초순수 액적을

떨어뜨린 다음, 30초 경과한 후에 측정한 값을 취하였다. 그리고 초순수 액적의 수온은 20±1℃ 그리고 실내온도

는 23±2℃ 유지하였다. 매우 순수하다고 판단되는 황철

석 시료를 채취하여 제조한 시편인데도 불구하고 측정위

치에 따라 접촉각이 최소 63.7°(A지점)에서 최대

68.9°(B지점)로 5.2°의 차이를 보이고 있었다. 이는 앞에

서도 언급하였듯이 sessile drop 접촉각은 고체표면 오염

도뿐만 아니라 고체의 표면 거칠기와 같은 물리적 요인

그리고 표면의 이질성, 표면 산화 등과 같은 표면화학적

요인에 의해 영향을 받는다(Sutherland and Wark, 1955; Ulusoy and Yekeler, 2007). 특히 각 요인의 영향을 구별

하기가 어려운 것은 각 시스템에서 둘이상의 요인이 상호

작용하거나 겹치기 때문일 것이다(Prestidge and Jalston, 1996 ; Meiron et al., 2004; Chau, 2009). 본 연구에서는

매 실험마다 황철석 시편의 표면산화의 영향을 최소화하

기 위해 아세톤을 적신 면봉으로 시편의 표면을 수회 연

마하고 초순수 액적으로 세척 후 접촉각을 측정하였다. 그리고 sessile drop 접촉각 측정시간이 30초이므로 표면

산화의 영향은 거의 없다고 판단된다. 그러나 Fig. 7에서

알 수 있듯이 접촉각 측정에 사용한 균질한 황철석 시편

(Fig. 3(a))의 표면에는 많은 흠집(scratch)이 존재하고

있다. 따라서 이처럼 황철석 시편에 대한 접촉각이 측정

위치에 따라 변화가 있는 것은 표면 거칠기 때문에 나타

나는 현상이라고 생각된다. Wenzel이론에 따르면 접촉

각은 표면 거칠기에 따라 달라진다고 하였다(Chau et al.,

2009; Uelzen and Muller, 2003). Sutherland와 Wark(1955)는 방연석의 표면을 매끄럽게 하고 측정한 접촉각이 25°～81°로 매우 심하게 변한다고 하였다. 이는 표면 거

칠기 때문에 나타나는 이력현상(전진접촉각과 후퇴접촉

각의 차)과 표면의 오염 때문이라고 하였다.

표면 거칠기에 따른 접촉각

Fig. 8은 평탄하지만 표면 거칠기가 다르게 제조된 황

철석 시편(Fig. 3)의 표면에 초순수 액적을 떨어뜨려 30초 후에 sessile drop법으로 측정한 접촉각의 결과를 나

타낸 그래프이다. 매우 순수하다고 판단되는 황철석 시

료를 채취하여 제조한 시편인데도 불구하고 연마가 잘되

어 표면이 매끄러워질수록 접촉각이 증가하는 경향이 나

타났다. Fig. 9는 거칠기가 다르게 제조한 황철석 표면에

대한 AFM분석 결과인 표면 거칠기를 보여주는 영상이다.

정문영 · 허원 · 손승규

한국자원공학회지

354

Fig. 10. The apparent contact angle Q* as a function of solid surface roughness(r) as described by Wenzel’slaw(Uelzen and Muller, 2003).

Fig. 11. Variation of the water contact angle according to surface roughness of slide glass and teflon plate using sessile drop method.

황철석을 절단한 다음 연마지(sandpaper #220)로 거칠

게 연마한 시편(Fig. 3(a))에 대한 r값은 1.118로 평균입

도가 1 μm인 연마재로 매끄럽게 연마한 시편(Fig. 3(c))에 대한 r값 1.003보다 높았다. 이러한 r값은 AFM로 측정

한 실제 표면적과 겉보기 표면적(스캔면적 5×5 μm2) 사이의 비율로서 정의된 거칠기 비율로 r값이 커질수록 표

면이 거칠다는 의미이다(Chau et al., 2009). 즉, 거칠게

연마한 황철석 시편의 접촉각은 64.6°이었으나 매끄럽

게 연마한 시편의 접촉각은 72.5°로 증가하였다. 이와 같

은 결과는 친수성 표면에서 나타나는 전형적인 현상이

다. Uelzen과 Muller(2003)는 Young 접촉각(θ)이 90°보다 작을 물질(Au와 HMDSO)은 그의 표면 거칠기(r)가

증가할수록 겉보기 접촉각(θ*)은 감소하였고 θ가 90°보다 큰 물질(TFE)은 r값이 증가할수록 θ*은 증가한다는

연구결과를 발표한바 있다(Fig. 10). 본 연구에서도 이와

같은 현상을 확인하기 위해 대표적 친수성 물질인 유리

(slide glass)와 소수성 물질인 테프론(teflon)을 이용하여

표면 거칠기에 따른 접촉각 측정실험을 수행하였다. Fig. 11은 표면이 매우 매끄러운 유리판과 테프론판을

여러 종류의 연마지(sandpaper)를 사용하여 거칠기가 다

르게 제조한 다음 물방울을 떨어뜨려 접촉시간 30초 후

에 측정한 접촉각을 나타낸 그래프이다. 여기서 사용한 연

마지는 번호(#)가 감소할수록 표면이 거칠어짐을 뜻한다. 한편 고체표면의 거칠기는 원자간력현미경(AFM)과 같은

첨단기기로 측정하여 평균 거칠기(average roughness, ra) 또는 표면 거칠기(r)와 같은 정량적인 값(Table 2)으로

표현할 수 있다. Fig. 12 및 Fig. 13은 각각 거칠기가 다

르게 제조한 슬라이드 유리판 및 테프론 표면에 대한

AFM분석 결과인 표면구조와 표면 거칠기인 r값을 보여

주는 것이다. 그림에서 알 수 있듯이 번호(#)가 감소하는

즉, 거칠기가 증가하는 연마지로 연마한 고체표면의 r값은 증가하였다. 여기서 r값이 1에 가깝다는 것은 표면이

매우 매끄럽다는 것을 의미한다. Table 2에서 알 수 있

듯이 천연적 친수성인 슬라이드 유리판의 경우, 본래 매

끄러운 표면(r = 1.001)의 접촉각(θ)은 40.7°였으나 #700 연마지로 거칠어진 표면(r = 1.024)의 겉보기 접촉각(θ*)은 36.6°, #600 연마지로 거칠어진 표면(r = 1.028)의

θ*은 30.4° #220 연마지로 매우 거칠어진 표면(r = 1.138)의 θ*은 29.1°로 감소하였다. 그러나 천연적 소수

성 표면으로 알려진 테프론판은 본래 매끄러운 표면(r = 1.003)의 접촉각(θ)이 93.7°였으나 #700 연마지로 거칠

어진 표면(r = 1.066)의 겉보기 접촉각(θ*)은 99.3°, #600 연마지로 거칠어진 표면(r = 1.124)의 θ*은 100.1° 그리

고 #220 연마지로 매우 거칠어진 표면(r = 1.188)의 θ*은 103.9°로 증가하였다. Wenzel이론에 의하면 친수성

표면(θ < 90°)을 가진 고체는 그의 표면이 거칠어질수록

더욱 젖음성이 커지고 소수성 표면(θ > 90°)을 가진 고

체는 그의 표면이 거칠어질수록 젖음성이 감소함을 밝혔

다. 본 연구결과에서도 전형적 친수성 물질인 유리는 표

면이 거칠어질수록 접촉각이 감소(젖음성이 증가)하였다. 그리고 전형적 소수성 물질인 테프론은 그의 표면이 거칠

어질수록 접촉각이 증가(젖음성이 감소)하여 Wenzel이론에 잘 부합되었다. 또한 Uelzen과 Muller(2003)의 연

구결과와도 잘 일치하였다. 따라서 본 연구에 사용한 황

철석 표면은 Wenzel이론에 따라 친수성으로 판단할 수

있다. 이러한 황철석의 소수화도를 증가시켜 부유도를 높

이려면 그의 표면을 매끄럽게 분쇄하는 것이 필요하다.

황철석의 표면 거칠기와 접촉각의 관계

제51권 제3호

355

(a) r =1.001 (b) r =1.024

(c) r =1.028 (d) r =1.138

Fig. 12. AFM images on surface roughness(r) of a slide glass. (a)orignal surface, (b)surface abraded sandpaper #700, (c)surface abraded sandpaper #600, (d)surface abraded sandpaper #220.

(a) r =1.003 (b) r =1.066

(c) r =1.124 (d) r =1.188

Fig. 13. AFM images on surface roughness(r) of a teflon plate (a)orignal surface, (b)surface abraded sandpaper #700, (c)surface abraded sandpaper #600, (d)surface abraded sandpaper #220.

정문영 · 허원 · 손승규

한국자원공학회지

356

Table 2. Changes in the AFM roughness of smooth and rough surfaces and calculated Wenzel's roughness using the static contact angles measured by sessile drop method

sample surface texture sessile drop contact angle (θ*)

AFM Wenzel's roughness

(r)3)average roughness (ra)1) surface roughness (r)2)

Slide glass

orignal surface(base) 40.7° (θ) 2.707 nm 1.001 -

sand paper #700 36.6° 17.941 nm 1.024 1.059

sand paper #600 30.4° 27.786 nm 1.028 1.138

sand paper #220 29.1° 84.456 nm 1.138 1.152

Teflon plate

orignal surface(base) 93.7° (θ) 2.800 nm 1.003 -

sand paper #700 99.3° 46.809 nm 1.066 2.504

sand paper #600 100.1° 136.92 nm 1.124 2.717

sand paper #220 103.9° 180.80 nm 1.188 3.723

1) average roughness (ra) = the most widely used one dimensional roughness parameter ∴

where, yi is a distance between peak and vally.

2) surface roughness ratio (r) = measured surface area / projection surface area3) Wenzel's roughness (r) = = cos θ* / cos θ

where, θ* is an apparent contact angle on a rough surface.θ is an Young's contact angle on a smooth surface.

결 론

황철석 시편은 그의 표면 거칠기에 상관없이 30초 경

과함에 따라 초순수 액적의 접촉각이 약 5°차이가 발생

하였다. 따라서 sessile drop법으로 접촉각을 측정할 경

우에는 접촉시간에 따른 오차를 배제하기 위해서 측정시

간을 고정하는 것이 중요하다. 순수하다고 판단되는 황

철석 시료를 취하여 평탄하게 제조한 시편인데도 불구하

고 측정위치에 따라 접촉각에 많은 차이를 보이고 있었

다. 이는 주로 광물 표면의 거칠기 때문에 나타나는 현상

으로 황철석의 접촉각은 표면 거칠기가 증가함에 따라

약간 감소하였다. 이는 친수성 표면에서 나타나는 전형

적인 현상이다. 따라서 황철석의 소수화도를 증가시키려

면 그의 표면을 매끄럽게 분쇄하는 것이 필요하다.

사 사

본 연구는 한국해양과학기술원 ｢남서태평양 및 인도

양 광물자원 (해저열수광상, 망간각) 개발 사업｣에 관한

일련의 위탁사업으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

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황철석의 표면 거칠기와 접촉각의 관계

제51권 제3호

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정 문 영

현재 세명대학교 바이오환경공학과 교수(本 學會誌 第51券 第2号 參照)

손 승 규

1987년 인하대학교 해양학과 이학사1989년 인하대학교 대학원 해양학과

이학석사1998년 인하대학교 대학원 해양학과

이학박사

현재 한국해양과학기술원 심해저자원연구부 책임연구원 (E-mail; skson@kiost.ac)

허 원

2011년 세명대학교 바이오환경공학과 공학사

2013년 세명대학교 일반대학원 환경안전시스템공학과 공학석사

현재 태서산업(주) (E-mail; won8606@naver.com)

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