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어릴 적 ‘구슬 박사’로도 불렸던 섭섭박사님! 지금까지 모은 구슬만 해도 수백 종류가 넘어요. 하지만 그런 섭섭박사님도 갖지 못한 단 하나의 구슬이 있답니다. 100% 물로만 만든 ‘물방울 구슬’이지요. 그런데 얼마 전…. “해냈다! 물방울 구슬을 만들었어!” 섭섭박사님은 대체 어떻게 물방울 구슬을 만든 걸까요?

어떻게 된 걸까?

☞결과 : 물방울이 게임판 위에서 구슬처럼 굴러다닌다.

코팅제가 발린 표면은 물에 전혀 젖지 않아요. 이렇게 물과 결합하지 않고 물을 싫어하는 성질을 ‘초소수성’이라고 부르지요. 이건 초소수성 코팅제 안에 수십nm(나노미터. 1nm는 10억 분의 1m) 크기의 ‘실리카 알갱이’가 들어 있기 때문이랍니다. 실리카 알갱이는 물과 잘 결합하지 않거든요.
한편 액체는 표면을 최소한으로 줄이려는 ‘표면장력’이 작용해 둥그런 모양을 띠어요.

하지만 액체를 어떤 물체 위에 놓으면 물체 표면과 액체 사이에 인력이 작용해 밑이 평평해지며 반구 모양을 띠지요. 하지만 초소수성 표면은 액체를 끌어당기는 힘이 거의 없기 때문에 물방울이 완전히 둥근 모양이 되어 구슬처럼 변하는 거랍니다.

지난 2015년, 미국 샌프란시스코에선 일부 건물의 벽에 ‘초소수성 페인트’를 발랐어요. 왜 그랬을까요? 바로, 취객들의 노상방뇨를 방지하기 위해서였어요! 초소수성을 띠는 벽에 오줌이 닿으면 오줌이 고무공처럼 튕겨서 노상방뇨를 한 사람의 신발을 적시거든요. 이런 일을 겪으면 다시는 이곳에서 노상방뇨를 하지 않겠죠?

모기도 초소수성을 이용해요. 2015년, 미국 조지아공과대학교 연구팀은 모기의 머리와 날개가 초소수성을 띠기 때문에 빗속에서 비행을 할 수 있다는 사실을 밝혀냈어요. 빗방울은 모기보
다 질량이 50배나 커요. 비행을 하던 모기가 빗방울에 맞으면 바로 추락하겠죠?

하지만 연구팀이 초고속카메라를 통해 모기를 관찰한 결과, 모기 위로 떨어진 빗방울은 모기를 살짝 밀쳐내기만 할 뿐, 모기에게 별 충격을 주진 못했답니다. 모기의 날개와 머리가 초소수성이기 때문에 빗방울과 모기가 닿자마자 튕겨나간 거예요. 빗방울이 모기에게 힘을 가하는 시간이 너무 짧아 모기에게 별다른 영향을 주지 못한 거죠.

어떻게 된 걸까? 

☞결과 : 물방울이 프라이팬 위에서 구슬 모양으로 굴러다닌다.

프라이팬에 물을 떨어뜨렸을 때 그 자리에서 ‘치익’ 소리를 내며 끓어올랐다는 건 프라이팬의 온도가 100℃를 넘었다는 걸 뜻해요. 그런데 프라이팬의 온도가 200℃에 다다르면 프라이팬 위의 물은 구슬처럼 굴러다닌답니다.

프라이팬이 너무 뜨거우면 팬과 접촉한 물의 표면이 순간적으로 끓으면서 물과 프라이팬 사이에 ‘증기막’을 만들어요. 이 증기막이 물방울을 팬으로부터 밀어내면 물방울은 구슬처럼 굴러다니지요. 또한 증기막은 프라이팬의 열이 물방울에 직접 닿지 않도록 막아줘요. 그래서 프라이팬의 온도가 높음에도 불구하고 오히려 물방울이 오래 남아있지요. 이처럼 액체가 끓는점보다 훨씬 뜨거운 물체와 닿았을 때 액체의 표면이 빠르게 끓으면서 증기막이 생기고, 증기막이 열을 차단하는 단열층 역할을 하는 현상을 ‘라이덴프로스트 효과’라고 부른답니다.