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땅 속 곤충 모방 물·기름에 젖지 않는 대면적 표면 개발

김희탁·김신현 KAIST 교수 연구팀, 톡토기 피부 응용
아조고분자의 광유체화 현상 이용…낮은 제조가격 장점
a)액체가 표면 구조체 위에 놓여져 공기층이 포집된 형태를 표현한 그림 b)이중요각구조의 형태를 표현한 그림, c)아조고분자의 장기울기 광유체화 현상을 이용한 이중요각구조 제작 공정개요도.<사진=KAIST>a)액체가 표면 구조체 위에 놓여져 공기층이 포집된 형태를 표현한 그림 b)이중요각구조의 형태를 표현한 그림, c)아조고분자의 장기울기 광유체화 현상을 이용한 이중요각구조 제작 공정개요도.<사진=KAIST>

땅 속 곤충의 피부를 모방해 물과 기름 등에 젖지 않은 저렴한 대면적 표면이 개발돼 얼룩과 부식 방지막 개발 등 다양하게 응용될 것으로 기대된다.

KAIST(총장 신성철)는 김희탁·김신현 생명화학공학과 교수 공동연구팀이 아조고분자의 광유체화 현상을 이용해 초발수성, 초유발성(물과 기름에 젖지 않는 특성) 특징의 막을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구팀이 개발한 막은 이중요각구조체로 2014년 처음 알려졌으며 버섯 모양의 구조체 표면을 갖고 있어 물과 기름처럼 표면에너지가 낮은 액체에 젖지 않는다.

이중요각구조체는 매우 정교한 구조로 기존 제작 방식은 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐야 하는 단점이 있었다. 또 유연하지 않고 비싼 실리콘 물질 정도만 제작할 수 있는 한계가 있었다.

연구팀은 아조고분자(아조기(Azo Group) 양쪽에 벤젠 고리 포함된 물질이 사슬로 연결)의 독특한 광학적 특성인 국부적 광유체화 현상에 주목했다.

광유체화 현상은 아조고분자가 빛을 받으면 마치 액체처럼 유체화가 되는 것으로 아조고분자 표면의 얇은 층에서만 부분적으로 일어난다.

연구팀은 이 광유체화 현상을 아조고분자 원기둥 구조에서 일어나게 했다.

그 결과 원기둥 윗부분 표면만 선택적으로 흘러내리는 방식으로 버섯 모양의 이중요각구조체를 형성했다. 이는 낮은 표면에너지를 갖는 액체에도 뛰어난 초발수성, 초발유성을 갖는다. 또 표면 물질이 고분자 기반으로 구부러진 상태에서도 유지될 수 있는 것으로 확인됐다.

특히 연구팀의 구조체 제작은 원기둥 구조의 틀을 잡고 빛을 조사하는 정도의 간단한 과정으로 경제적, 실용적으로 큰 장점을 갖는다.

김희탁 교수는 "이번 연구에서 제안한 새로운 이중요각구조 제작방식을 통해 뛰어난 초발수성, 초발유성 특성을 갖는 표면을 쉽게 제작할 수 있을 것"이라면서 "임의의 굴곡을 갖는 표면의 초발수, 초발유성 특성을 부여할 수 있어 생물오손방지 튜브, 얼룩부식 방지 표면 등 다양하게 응용 가능하다"고 말했다.

김신현 교수는 "연구팀이 제안한 이중요각구조는 피부로 호흡하며 땅 속에 서식하는 곤충인 톡토기(springtail)의 피부 구조를 모방한 것으로 인간은 자연으로부터 배우고 공학적으로 창조한다는 사실을 다시 한 번 깨달았다"고 연구의미를 전했다.

이번 연구는 KAIST의 엔드 런(End-Run) 프로그램의 지원을 받아 수행됐다. 최재호 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 나노기술분야 국제학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 8월호에 게재됐다.

왼쪽부터 최재호 학생, 김신현 교수, 김희탁 교수.<사진=KAIST>왼쪽부터 최재호 학생, 김신현 교수, 김희탁 교수.<사진=KAIST>


 
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