금속처럼 단단한 액정 기술 개발 

KAIST, 윤동기 교수 연구팀, 액정 분자 자기조립 현상 유도···'사이언스 어드밴스'게재
윤 교수 "반도체, LCD 등 관련 분야 신성장 동력 창출 기대" 
게스트 액정 도입 전 후 사진 및 모식도. <자료=KAIST 제공>게스트 액정 도입 전 후 사진 및 모식도. <자료=KAIST 제공>

국내 연구진이 움직이는 액정 재료를 단단한 결정처럼 움직이지 않게 만드는 3차원 나노패터닝 기술을 개발했다. 

KAIST(총장 강성모)는 윤동기 나노과학기술대학원 교수 연구팀이 나노미터 수준의 제한된 공간에서 액정 분자들의 자기조립(self-assembly) 현상을 유도해 3차원 공간에서 균일하게 제어하는데 성공했다고 14일 밝혔다. 

액정 재료는 손쉬운 배향 제어, 빠른 반응 속도, 이방적인 광학 특성 등으로 인해 액정 표시장치(LCD), 광학 센터 등에 이용되는 대표적인 유기 소재다. 

그러나 액정 재료는 물풀과 같이 유동적으로 흐르기 때문에 구조의 제어가 어렵고 안정적이지 않아 활용 범위가 제한됐다. 

이에 연구팀은 문제 해결을 위해 액정 재료가 들어 있는 수십 나노미터크기의 2차원 한정된 공간을 사방으로 눌러주는 시스템을 개발했다. 

게스트(guest) 역할의 액정물질과 상호작용하는 호스트(host) 물질을 3차원적 나선형의 나노구조체로 제작함으로써 효과적으로 게스트 액정물질을 제어하는데 성공했다. 

공간 자체를 줄이면서 유동적으로 흐르는 액정 물질조차 마치 고체처럼 단단해지는 효과가 발생했다고 연구팀은 설명했다. 

결정화된 액정구조체 형성 원리 모식도. <자료=KAIST 제공>결정화된 액정구조체 형성 원리 모식도. <자료=KAIST 제공>

연구팀은 이번 기술로 냉각이나 건조 등의 추가 공정 없이도 유기액정재료를 금속 결정상에 버금가는 배열로 3차원 공간에 균일하게 제어할 수 있을 것으로 내다봤다. 

또 현재 디스플레이와 반도체에 사용되는 단순한 선과 면 형태의 2차원 패터닝을 탈피해 고차원 구조 중 가장 구현이 어렵다는 나선 형태도 쉽게 제조가 가능하다. 

윤 교수는 "현재 사용되는 2차원적 광식각 공정에 비해 10배 이상 제작 과정을 간소화시킬 수 있다"며 "현재 기술로 구현이 어려웠던 복잡한 구조를 최초로 만들었다. 반도체, LCD 등 관련 분야에서 신성장 동력을 창출할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구는 미래창조과학부, 교육부와 더불어 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어 사업과 글로벌연구네트워크 지원사업의 하나로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 사이언스의 자매지인 '사이언스 어드밴스(Science advances)' 2월 10일자 온라인 판에 실렸다. 
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