[이효민·정성준 교수팀, 김 서림 방지와 자가 세정 가능한 테이프 개발]

최근 화학공학과 이효민 교수 · 통합과정 김형정 씨, 신소재공학과 정성준 교수 연구팀은 마이크로미터 규모로 패턴화된 탄성중합체 위에 부분적으로 하이드로젤 패턴을 잉크젯 프린팅하여 다양한 환경에서도 투명도를 유지할 수 있는 테이프를 개발했다. 이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 게재됐다.

일상에서 흔히 사용하는 안경부터 현미경, 태양전지를 포함한 광학 장치에는 빛을 흡수하거나 전달하는 등 빛을 제어할 수 있는 여러 종류의 투명 기판들이 사용된다. 이처럼 우수한 광학적 특성을 갖추려면 기판의 투명함을 유지해야 하지만, 때때로 표면에 김이 서리고, 오염되거나 기계적 변형이 일어나 기판이 불투명해지는 문제가 발생한다.

이효민 · 정성준 교수 연구팀은 폴리디메틸실록산(이하 PDMS^*1)이라는 고무 재질의 탄성중합체를 사용해 투명한 기판을 보호할 수 있는 다기능성 테이프를 개발하였다. PDMS는 실리콘을 기반으로 한 고분자 물질로, 매우 유연하면서 투명한 소재다. 연구팀은 이 PDMS를 사용해 일체형 마이크로 기둥 구조를 만든 후, 잉크젯 프린팅 기술로 기둥 구조 사이에 하이드로젤 패턴을 삽입한 테이프를 제작했다.

연구팀이 만든 테이프는 돌기처럼 표면에 솟은 여러 기둥으로 인해 초발수성^*2을 띠어 표면에 오염 물질이 부착하기 어려우며, 오염 물질이 묻더라도 물로 쉽게 제거할 수 있다. 그리고, 잉크젯 프린팅 기술로 만든 하이드로젤 패턴은 이와 반대로 물 분자를 흡수할 수 있어 습윤 환경에서도 김이 서리는 현상을 방지하고, 기판의 투명도를 유지하도록 도왔다.

또한, 연구팀의 테이프는 기저층의 유연한 성질로 인해 별도의 접착제 없이 다양한 기판에 탈부착할 수 있으며, 반복적으로 늘이고 오랜 시간 물에 노출되어도 우수한 기계적 안정성을 유지했다. 테이프 하나로 기존의 투명 기판이 갖고 있던 여러 문제를 한 번에 해결한 것이다.

이효민 교수는 ”광학 기판은 표면에 김이 쉽게 서리고, 오염 물질로 인해 기판의 투명도가 떨어질 수 있다”라며 “연구팀이 만든 초발수성, 김 서림 방지 테이프를 사용하면 극환 환경에서도 투명도를 유지할 수 있어 자율주행 자동차 등 다양한 고부가가치 광학용 센서 제작에 폭넓게 활용될 것”이라는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 기초연구실지원사업과 선도연구센터지원사업, 중견연구자지원사업, 바이오산업기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202401869

1. PDMS
Polydimethylsiloxane

2. 초발수성
표면에 물방울이 형성되어 쉽게 떨어지는 특성을 말한다.