위정재 교수팀, 국제 저명학술지 표지논문 ...

자성감응 군집적 자가조립과 높이 조절 가능한 레플리카 몰딩 개발

ACS Nano와 ACS Macro Letters에 표지논문 게재

 

고분자환경융합공학과 위정재 교수 연구팀이 작성한 연구논문이 국제 저명 학술지의 표지논문으로 연속 게재되었다.

 

위정재 교수와 석·박사 통합과정의 박정은 학생, 전지수 학생은 미국화학회(American Chemical Society: ACS)에서 발행하는 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’와 ‘에이씨에스 매크로 레터스(ACS Macro Letters)’에 논문을 제출해, 두 편 모두 속표지 논문으로 선정되는 쾌거를 이루었다.

 

에이씨에스 나노에 게재한 논문은 ‘마이크로 구조체의 단계적 군집적 자성 자가조립 제어(Programmable Stepwise Collective Magnetic Self-Assembly of Micropillar Arrays)’에 대한 연구다.

 

연구팀은 마이크로 구조체가 자가조립이 가능하도록 하는 방안을 개발했다. 자성입자 농도가 큰 마이크로 구조체들은 외부에서 센 자기장을 가하면 강한 초소형 자석으로 성질이 바뀌어 군집적으로 모이게 된다. 두 개의 마이크로 구조체가 하나가 되고, 하나로 조립된 인접 구조물 두 개가 모여 또다시 하나의 구조체를 이루며, 네 개가 모인 구조체들이 모여 최종적으로 일렬로 연결되는 식으로 조립된다. 이 때 구조체의 하단을 자성에 반응하지 않는 기판에 고정시켜 자성을 제거하면 원래대로 돌아갈 수 있어 자가조립을 반복적으로 재현할 수 있다.

 

연구논문에서는 마이크로 단위의 자가조립을 통해 거시적인 표면 변화인 글자 패턴을 나타내거나 액체의 젖음 특성을 조절하는 등의 응용 분야까지 제시했다.

 

이 연구는 미국 로렌스 리버모어 국립연구소의 박세진 박사와 미국 공군연구소의 어거스틴 얼배스 박사가 공저자로, 미국 공군연구소의 구자현 박사가 공동 교신저자로 참여한 공동연구이며, 한국연구재단 국가핵심소재연구단사업(NRF-2019M3D1A2103919)과 미국공군연구소(AFOSR/AOARD, Air Force Office of Scientific Research/Asian Office of Aerospace Research and Development)의 지원(FA2386-18-1-4103, FA2386-18-1-4104)을 받아 진행됐다.

 

에이씨에스 매크로 레터스에 게재한 ‘고분자 전구체의 점도 조절을 통한 높이 조절이 가능한 레플리카 몰딩(Height-Tunable Replica Molding Using Viscous Polymeric Resin)’ 연구는 동일한 몰드로 다양한 높이의 마이크로 구조체를 만드는 방법을 담고 있다. 이는 단일 높이의 구조체만 제조할 수 있는 기존 레플리카 몰딩의 제한점을 개선한 연구다.

 

마이크로 몰드의 둘레에 따라 몰드와 폴리이미드 수지 간 마찰력이 달라지는 점, 광경화성 수지의 점도에 따라 마이크로 몰드의 홀을 채우는 데 필요한 힘이 상이한 점을 이용해 몰드 둘레와 광경화성 수지의 점도를 조절하여 마이크로 구조체의 높이를 다양하게 조절한다. 여기에 마스킹 기술을 적용하면 점도가 서로 다른 수지를 몰드의 원하는 위치에 채울 수 있어 몰드의 둘레가 동일하더라도 마이크로 구조체의 높이를 임의로 자유롭게 패터닝할 수 있어 응용 가능한 분야가 다양할 것으로 기대된다.

 

이 연구는 본교 화학공학과 육지호 교수 연구팀과의 공동연구로 진행되었으며, 한국연구재단의 국가핵심소재연구단사업 (NRF-2019M3D1A2103919) 및 기초연구실지원사업 (NRF-2021R1A4A1022920)의 지원을 받아 진행됐다.

 

위정재 교수는 “이러한 자성에 의한 자가조립이나 높낮이를 제어한 마이크로 구조체 연구를 기반으로 한 발짝 더 나아가 향후 다양한 가변형 디바이스에 활용할 계획을 갖고 있다”라고 말했다.

 

 

고분자환경융합공학과 위정재 교수 연구팀의 연구논문이 국제 저명 학술지의 표지논문으로 선정됐다. (왼쪽부터)에이씨에스 나노 2월호 속표지와 에이씨에스 매크로 레터스 4월호 속표지.

▲ 고분자환경융합공학과 위정재 교수 연구팀의 연구논문이 국제 저명 학술지의 표지논문으로 선정됐다.

(왼쪽부터)에이씨에스 나노 2월호 속표지와 에이씨에스 매크로 레터스 4월호 속표지.