고현협 UNIST 교수팀, 온도로 접착특성 조절하는 `스마트 접착 패드` 개발

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스마트 접착 패드를 개발한 고현협 교수(앞줄 앉은 이)와 연구팀(뒷줄 왼쪽부터 엄두승, 이호찬, 임성동, 이영수 연구원)
<스마트 접착 패드를 개발한 고현협 교수(앞줄 앉은 이)와 연구팀(뒷줄 왼쪽부터 엄두승, 이호찬, 임성동, 이영수 연구원)>

온도가 높으면 붙고, 낮으면 떨어지는 고성능 스마트 접착 패드가 개발됐다.

고현협 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀과 김형준 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀(이하 고 교수팀)은 공동으로 문어 빨판 구조와 접착 원리를 모사한 `열반응성 스마트 접착 패드`를 개발했다.

문어는 다리에 있는 빨판 속 근육을 움직여 접착 정도를 조절한다. 빨판 근육을 움직여 빨판과 달라붙은 면 사이의 공간 크기에 변화를 주고 이는 공간 내〃외부 압력 차이로 이어져 접착 강도를 조절하는 것이다.

고 교수팀은 이를 스마트 접착 패드에 적용했다. 고분자 탄성체인 실리콘오일(PDMS)에 움푹 파인 구멍을 뚫고, 여기에 열반응성 하이드로젤(pNIPAM)을 붙여 코팅했다. 구멍 뚫린 PDMS는 빨판 형태이고, 열에 반응하는 하이드로젤은 빨판 근육 역할을 하게 만들었다. 열반응성 하이드로젤은 32℃보다 높은 온도에서 수축하고, 이보다 낮은 온도에서 습윤 팽창하는 성질을 갖고 있다.

이렇게 만든 스마트 접착 패드는 외부 표면과 닿으면 온도 변화에 따라 붙기도 하고, 떨어지기도 한다.

문어 빨판 모사 스마트 접착패드의 구조와 작동 원리.
<문어 빨판 모사 스마트 접착패드의 구조와 작동 원리.>

기존에 나온 스마트 접착 패드의 접착력은 15㎪(킬로파스칼) 정도다. 고 교수팀이 개발한 스마트 접착 패드는 94㎪으로 약 6배 높게 나타났다. 붙었다 떨어지는 정도를 나타내는 접착 점멸비는 기존 패드보다 약 60배 높았고, 내구성도 우수했다.

특히 스마트 접착 패드를 붙이려 할 때 미리 눌러주는 `예압`이 필요없어 마이크로·나노 분야에서 응용 가능성이 높을 것으로 전망된다. 접착하려는 물질이 마이크로·나노 크기일 때는 작은 압력에도 쉽게 손상되기 때문이다.

문어의 빨판 구조.
<문어의 빨판 구조.>

고 교수팀은 이 패드를 이용해 반도체 마이크로·나노 박막을 원하는 기판에 집적시키는 스마트 프린팅 공정을 개발하고, 이를 이용해 고성능 트랜지스터도 제작했다.

고 교수는 “예압이 필요 없는 스마트 접착 패드와 스마트 프린팅 공정을 이용하면 얇은 물질도 손상 없이 원하는 기판에 붙일 수 있다”며 “전자소자 뿐 아니라 의료용 접착패치, 로보틱스 분야에 폭넓게 응용할 수 있는 중요한 소재”라 말했다.

이번 연구는 `어드밴스드 머티리얼스` 6월 20일자 온라인 속보로 실렸다. 연구지원은 미래창조과학부 중견연구자(도약)지원사업, 글로벌프론티어사업(나노 기반 소프트일렉트로닉스연구단)을 통해 이뤄졌다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com