고현협 UNIST 교수 "전자소자·의료·로보틱스 분야에 폭넓게 응용"

문어 빨판처럼 표면에 착 달라붙는 스마트 접착 패드가 개발됐다. 

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영)는 고현협 에너지·화학공학부 교수와 김형준 KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권) 박사 공동 연구팀이 문어 빨판의 구조와 접착 원리를 모사한 '열반응성 스마트 접착 패드'를 개발했다고 30일 밝혔다.

기존의 스마트 접착 시스템은 접착력과 접착 점멸비가 낮다. 특히 접착할 때 미리 가해주는 압력인 예압(preload) 때문에 섬세한 마이크로·나노 규모의 물질 표면에 응용이 어렵다는 한계가 있었다. 

공동 연구팀은 문어 빨판의 구조와 접착특성 조절 원리를 스마트 접착 패드에 적용했다. 먼저 고분자 탄성체인 PDMS(polydimethylsiloxane)에 움푹 파인 구멍을 뚫고, 여기에 '열반응성 하이드로젤(pNIPAM)'을 붙인 뒤 코팅했다. 구멍 뚫린 PDMS가 빨판 모양이고, 열에 반응하는 하이드로젤이 빨판 근육 역할을 하도록 만든 것이다.

공동 연구팀은 문어 빨판의 구조와 접착 원리를 모사한 '열반응성 스마트 접착 패드'를 개발했다.<사진=UNIST 제공>
공동 연구팀은 문어 빨판의 구조와 접착 원리를 모사한 '열반응성 스마트 접착 패드'를 개발했다.<사진=UNIST 제공>
열반응성 하이드로젤인 pNIPAM은 32℃보다 높은 온도에서는 수축하고, 이보다 낮은 온도에서는 습윤 팽창하는 성질을 가지고 있다. 이 재료로 만든 스마트 접착 패드는 외부 표면에 닿았을 때 온도에 따라 접착특성이 달라져 문어 빨판처럼 작동한다.

공동 연구팀에 따르면 개발된 열반응성 스마트 접착 패드는 외부 온도가 높으면 달라붙고, 온도가 낮으면 떨어지는 특성을 가졌다. 사용자가 원하는 부분에 필요한 만큼 붙일 수 있는 고성능 스마트 접착 패드로 주목받고 있다.

특히 접착 패드는 붙이기 전에 미리 눌러주는 예압이 필요하지 않아 마이크로·나노 분야에서 그 응용성이 부각되고 있다.

연구팀 관계자는 "접착하고자 하는 타겟 물질이 마이크로·나노 규모로 얇으면 작은 압력에도 쉽게 손상된다"며 "예압이 필요 없는 스마트 접착 패드를 적용한 스마트 프린팅 공정을 이용하면 얇은 물질도 손상 없이 원하는 기판에 옮길 수 있다"고 설명했다.

현재 교수팀은 스마트 접착 패드를 이용해 반도체 마이크로·나노 박막을 원하는 기판에 집적시키는 스마트 프린팅 공정을 개발하고, 이를 이용해 고성능 트랜지스터를 제작했다.

고현협 교수는 "새로운 개념의 생체모사 스마트 소재를 개발함으로써 기존보다 우수한 접착특성을 갖는 스마트 접착 시스템을 구현해냈다"며 "이번 성과는 전자소자 분야뿐 아니라 의료용 접착패치, 로보틱스 분야에도 폭넓게 응용될 중요한 소재가 돼 생체모사소재와 다른 분야의 융합형 연구 기반을 조성하는 데도 크게 기여할 것"이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'의 지난 20일자 온라인판에 게재됐다.

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