로터스 효과(Lotus effect)는 소수성 표면의 표면 지형을 거칠게 함으로써 초소수성 자기세정 표면을 얻을 수 있음을 나타낸다. 그러나 거칠어진 표면은 산란 특성이 강하여, 높은 투과율과 선명도를 달성하는 데 여전히 어려움이 있다. 본 연구에서는 계층적으로 설계된 나노입자로 구성된 무헤이즈(haze-free), 반사방지(antireflective) 초소수성 표면을 제시한다. 치밀하게 조밀-포장된( close-packed ) 심(深) 미만의 파장 규모의 콜로이드 실리카 나노입자와 그 상부의 사슬형(chain-like) 훈증 실리카(fumed silica) 나노입자는 각각 무헤이즈 광대역 반사방지 및 자기세정 기능을 개별적으로 충족한다. 이러한 이중층의 계층적 표면은 대규모로 확장 가능한 분무(spraying) 공정을 통해 제조되며, 원하는 광학 및 젖음 특성을 달성하기 위해 코팅의 형태(morphology)를 정밀하게 제어할 수 있다. 이들은 양면 코팅 시 가시광 영역에서 ‘거울(s p e c u l a r)’ 같은 투과율이 97% 초과로 나타나며, 거의 0에 가까운 미끄럼각(sliding angle)과 함께 기록적인 수준의 자기세정 능력을 제공한다. 태양광 장치에 대한 자기세정 실험은 개발된 표면이 분진 환경에서 기기의 고유 성능을 유지하는 데 도움을 주는 동시에 전력변환 효율을 유의하게 향상시킬 수 있음을 검증한다.

접촉선 고정을 최소화하고 높은 액적 이동성을 가능하게 하는 미끄러운 표면은 응축 및 방빙 성능을 향상시키기 위한 유망한 해결책으로 부상해 왔다. 그중 윤활제 함침 표면(lubricant-infused surfaces, LIS)과 액체-같은 표면(liquid-like surfaces, LLS)은 서로 근본적으로 다른 메커니즘을 통해 동적 액체 발수성을 구현하는 두 가지 지배적인 설계 전략이다. 본 총설은 무엇이 효과가 있는지, 그 이유는 무엇인지, 그리고 어떻게 그 성능을 지속시킬 수 있는지를 정리한다. 우리는 LIS에서의 액-액 계면 수송 대 LLS에서의 결합(고정) 사슬의 이동성이라는 서로 다른 메커니즘을 명확히 하고, 이를 적용 수준의 결과—표면장력이 낮은 유체를 포함한 안정적인 미립방울(방울형) 응축, 낮은 얼음 부착, 그리고 서리(frost)의 전파 지연—와 연결한다. 또한 내구성이 속도 제한적 장벽(rate-limiting barrier)임을 규명하고, 주요 실패 경로를 명확히 한다. 즉, LIS에서는 피복화(cloaking), 젖음-리지(wetting-ridge) 매개 연행(entrainment), 그리고 서리 위킹(frost wicking)을 통한 윤활제의 손실이며, LLS에서는 사슬 절단(chain scission), 얽힘(entanglement), 계면 이질성(interfacial heterogeneity)을 포함한 분자 또는 구조적 열화이다. 이러한 통찰로부터 LIS와 LLS에 대한 설계 규칙을 도출한다. 즉, 전단 하에서 윤활제를 고정화하기 위해 폐쇄형 셀(closed-cell) 및 계층적 저장소(hierarchical reservoirs)를 사용하는 것, 피복화를 억제하되 이동성은 유지하기 위해 점도 및 상용성(miscibility)과 같은 윤활제의 물성 범위(property window)를 정의하는 것, 그리고 피복(coverage)을 보장하면서도 LLS의 분절(segmental) 동역학을 보존하기 위해 그라프팅 밀도(grafting-density) 및 분자량(molecular-weight) 범위를 최적화하는 것이다. 또한 능동 및 수동 윤활제 보충(active and passive lubricant replenishment) 방안, 자극 및 상변화(stimuli- and phase-change) 반응성 시스템, 하이브리드 LIS/LLS 적층 구조, 그리고 플루오린(불소) 프리(fluorine-free) 화학 조성 등 응용에 바로 활용 가능한 신흥 해결책을 강조한다. 마지막으로 상업적 성공을 보장하기 위한 핵심 향후 방향을 제시하며, 경제적 장벽을 극복하고 환경 규정을 충족하는 데 초점을 둔다. 종합하면, 이러한 통찰은 계면 물리를 차세대 에너지, 물 및 방빙 시스템 전반에서 견고한 성능으로 전환하는, 규모화되고 오래 지속되는 미끄러운 표면을 공학적으로 구현하기 위한 로드맵을 제공한다.