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고분자 필름 자가 나노구조화 이온빔 공정 개발

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작성일18-10-23 08:41 조회136회

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 이온빔 기술로 저비용 다기능성 나노구조 필름

대량 생산 이끈다!

     재료, 고분자 필름 자가 나노구조화 이온빔 공정 개발


#1. 선형 이온빔 기술을 이용해 나노 구조 표면을 가진 고분자 필름 생산기술 개발

#2. 광학필름과 센서 분야 등 산업용 나노표면 고분자 필름의 상용화 앞당겨

 

디스플레이용 반사방지 필름과 나노 구조 표면을 이용하는 센서용 고분자 기판의 제조를 위한 원천 기술이 개발됐다.

    ​재료연구소(소장 이정환, KIMS) 나노표면연구실 김도근 박사 연구팀은 롤투롤 이온빔 표면처리 기술을 이용해

    고분자 필름 표면에 나노 구조를 형성하는 기술을 개발했다.

 

수십-수백 나노미터 크기의 표면 구조를 가진 고분자 필름은 일반적으로 마스크 패턴을 이용한 식각, 임프린팅 등의

    공정을 통해 제조된다. 하지만 제작 공정이 복잡하고 제조 면적 확장에 한계가 있을뿐더러 그 비용이 높아 다양한

    분야에 적용이 어려웠다.

 

연구팀은 오랫동안 3킬로전자볼트(keV) 이하급 이온빔이 고분자 필름 표면의 수십-수백 나노미터 깊이에 전달하는

    에너지를 조절해, 고분자 필름 표면의 결합을 제어하는 연구를 수행해왔다. 이 과정에서 이온빔 특성진단 기술을

    ​기반으로 이온-고분자 간 반응을 예측하는 이론모델을 개발했으며, 이를 통해 마스크 패턴 없이 나노 구조를 직접

    형성하는 자가 나노구조화 이온빔 기술을 개발하는데 성공했다.

이온빔 처리를 통해 제조된 나노표면 고분자 필름은 필름 원소재 대비 3% 이상의 투과도 향상, 나노 구조를 이용한

    초발수화와 자가세정 기능화, 폴리머 소재 선택에 따른 주름, 구멍, 돌기 구조 형성이 가능하다. 중기능성 나노표면

    ​고분자 필름 제품을 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있다는 장점을 가진다.

 

연구팀은 자가 나노구조화 이온빔 표면처리 기술의 상용화를 위해 대량생산, 저가 공정 개발이 가능한 롤투롤

    이온빔 표면처리 기술을 사용했다.

  ㅇ 본 기술은 두루마리 휴지처럼 회전축에 감긴 고분자 필름이 풀리면서 이온빔 처리가 되고 다시 롤에 감겨 표면

      처리를 끝내는 방식이다. 롤투롤 공정을 적용하면 표면처리 폭이 최대 2~3m급으로 확장된다. 분당 수 m급의

      속도로 이온빔 처리를 하기 때문에 상용화를 위한 대면적 필름의 연속 생산이 가능하다.

 

나노표면 고분자 필름의 롤투롤 생산에 사용되는 선형 이온빔 기술은 2013재료연구소 최초의 세계1등 기술로

    선정된 바 있다. 또한 이 기술은 세계일류소재(World Premier Materials) 스마트강판 사업에서 강판 롤투롤

    표면처리에 활용됐으며, 국내 롤투롤 공정장비 업체에 기술 이전되어 성공적으로 상용화되기도 했다.

 

연구책임자인 재료연구소 김도근 책임연구원은 롤투롤 이온빔 기술은 기존 고가의 나노구조 필름 제조공정 비용을

    낮출 수 있다는 장점이 있어, 다양한 산업 분야에서 요구하는 나노표면소재 생산에 적용이 기대된다.라고 말했다.

 

본 연구 성과는 한국연구재단의 방사선응용기술개발사업으로 수행 중인 3 keV 이하급 이온빔 조사에 의한 폴리머

    표면 나노구조화 원리 규명 및 웨어러블 기기 응용평가과제와 우주핵심기술개발사업으로 수행 중인 홀 추력기

    전력 효율 및 수명 개선을 위한 방전채널 소재 및 반응특성 연구의 지원을 통해 진행됐다.

 

또한 연구 성과는 과학 분야의 세계적 학술지인 네이처(Nature) 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 9월호에

    게재됐다.