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창원대학교(총장 이호영) 기계공학부 스마트제조융합전공 조영태, 김석 교수 연구팀은 3D 프린터를 이용해 버섯모양의 이중재진입(doubly reentrant) 구조를 제작함으로써 액체의 물성과 상관없이 모든 종류의 액체를 밀어내는 초발수유성(Omniphobic) 표면을 만드는 데 성공하고, 이에 관한 논문은 국제저명학술지 ‘ACS applied materials & interfaces(IF 9.229)’ 2021년 7월호 표지논문(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c06286)으로 게재됐다고 29일 밝혔다.
이번 연구는 DLP 3D 프린팅 기술을 사용해 광중합 중 체적 수축을 유도해 버섯 모양의 이중재진입 구조를 제작함으로써 초발수유성 표면을 제작하는 기술을 제안했다. 기존에는 복잡한 재료 시스템, 처리 단계, 추가 화학 처리와 같은 복잡한 단계를 거쳐야 했지만, 제안된 기술을 이용하면 초발수유성 표면을 한 번의 3D 프린팅으로 만들어 낼 수 있어서 기존 기술의 한계를 뛰어넘었다는 평가를 받고 있다.
연구진은 DLP 3D 프린팅에서 필연적으로 나타나는 빛의 전파특성을 역으로 활용해 광중합 후 비대칭적인 스트레스 분포를 유도하고, 이를 통해 마이크로구조물의 상부 형상 변형을 인위적으로 발생시켜 이중재진입구조를 손쉽게 제작할 수 있게 했다. 이 같은 이중재진입 구조는 친수성 처리 후에도 접촉각이 140도 이상이 나와 매우 안정적인 초발수, 초발유 성능을 보이는 것을 확인했다. 이 특성을 기반으로 액적 기반 마이크로반응기와 같은 응용 분야에서 손실 없는 액적 조작이 가능할 것으로 기대된다.
창원대 기계공학부 김도혁 박사과정 학생이 주저자로 수행한 이번 연구는 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트 ‘공기 청정 모빌리티의 구현 HAMA 프로젝트’와 산업핵심기술개발사업 ‘4m2 이상의 대면적에 고내구성을 가지며 친환경적인 초발수 표면처리 핵심기술 개발과제’, 한국연구재단의 지역혁신선도연구센터 사업인 ‘극한환경 스마트 기계 부품 설계/제조 혁신 센터사업’의 지원을 받아 수행됐다.
현재 조영태, 김석 교수 연구팀은 초발수 표면 제작과 관련해 MIT와 국제공동연구를 수행 중이며, 나노 마이크로 패턴의 제작, 적층제조기술을 포함한 스마트제조 시스템 분야에 연구의 초점을 두고 석박사통합과정을 포함해 박사과정 6명, 석사과정 8명으로 구성된 연구실을 운영 중이다.
