초소소수성 표면은 접촉각이 150°를 초과하며, 미세구조적 표면 처리와 소수성 화학 코팅을 통해 구현된다. 이러한 표면은 물방울이 굴러 떨어지며 스스로 오염을 제거하는 자기세정(self-cleaning) 특성을 나타낸다. 그러나 초소수성은 외부 힘에 의해 소수성이 저하될 수 있어, 내구성(durability)을 평가하는 데 어려움이 발생한다. 본 연구에서는 알루미늄, 구리, 티타늄을 선정하여 초소수성 표면의 내구성을 조사하였다. 미세 구조를 갖는 초소수성(초소수성보다는 superhydrophilic로 원문이 표기되어 있으나, 본문은 superhydrophilic 표면을 코팅하여 초소소수성을 달성하는 내용이므로 해당 맥락을 유지함) 표면을 소수성 Self-Assembled Monolayers로 코팅하여 초소소수성을 구현하였다. 정상 힘을 가하고, 고무 롤러의 정해진 왕복 횟수 후 접촉각 및 자기세정 성능의 변화를 측정함으로써 내구성을 평가할 수 있도록 롤링 마모 테스터를 자체 개발하였다. 광학 현미경, 주사전자현미경(SEM), 에너지분산 X선 분광법(EDS) 결과, 표면 특성은 미세/나노 구조의 변형과 고무 파편의 침착으로 인해 저하되었음이 확인되었다. 또한 유한요소해석(FEA)을 수행하여 구리 나노필라, 알루미늄 입방 구조, 티타늄 중공 큐브의 강건성을 비교함으로써 내구성 평가를 위한 예측 프레임워크를 제공하였다. 본 연구는 표면 변형과 구조 분석에 기반한 내구성 예측이 마모 메커니즘에 대한 이해를 향상시키고, 다양한 산업에서 초소소수성 표면의 실제 적용을 개선할 수 있음을 보여준다. 이 접근법은 기계적 응력 하에서 표면 미세/나노 구조의 신뢰성을 평가하기 위한 유망한 방법론을 제공한다.

본 연구에서는 2D 축대칭 유체 모델을 0D 볼츠만-솔버 전자 에너지 분포 함수와 일관되게 결합하고, 전자-충돌에 의한 해리 및 여기, O(1D)의 에너지 전달(퀀칭) 반응, 이온-중성 교환, 벽 재결합을 포함하는 상세한 Ar/O₂ 화학 반응 세트를 구성하였다. 3–100 mTorr 및 O₂ 혼합비 10%–90% 범위에서 O(3P)와 O(1D)의 공간 분포 및 타깃 경계에서의 O(1D) 플럭스를 정량화하였다. O(1D)의 밀도와 플럭스는 주로 O₂의 해리성 여기(e + O₂( ${\text{X}}^3{\Sigma }_{\text{g}}^{-}$ ) → e + O(1D) + O(3P )) , 원자 산소의 전자 충돌 여기(e + O(3P) → e + O(1D) ), 및 O(1D)에서 O₂로의 에너지 전달(O₂ + O(1D) → O(3P) + O₂(b ${}^1{\text{Σ}}_{\text{g}}^{+}$ )) 에 의해 결정된다. 또한 O(1D)의 밀도와 플럭스는 (i) 압력에 의해 유도되는 수송 제한(감소된 확산 및 짧아진 평균자유행로), (ii) 조성 의존적 변화에 따른 순생성 대 O₂ 퀀칭 간의 이동, (iii) 상승된 기체 온도로 인한 낮은 O₂ 조건에서의 향상된 열속도 및 열확산에 의해 조절된다. 그 결과, 높은 압력과 높은 O₂ 밀도는 생산을 코일 하부 유도 스킨 영역으로 국한하고 타깃-경계 플럭스를 억제하는 반면, 낮은 O₂ 밀도에서는 더 약한 퀀칭과 더 높은 기체 온도가 수송 제한에 의한 감쇠를 부분적으로 상쇄한다. 이러한 결과는 O(1D)의 밀도와 플럭스를 예측적으로 제어하기 위해서는 수송, 에너지 전달 퀀칭의 명시적 처리, 그리고 상세 반응 세트 내에서의 열확산 효과에 대한 공동 처리가 필요함을 시사한다.