이온빔 기술로 저비용 다기능성 나노구조 필름을 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다.
재료연구소(KIMS·소장 이정환)는 김도근 나노표면연구실 책임연구원과 이승훈 선임연구원이 롤투롤 이온빔 표면처리 기술을 이용, 고분자 필름 표면에 나노 구조를 형성하는 '자가 나노구조화 이온빔 기술'을 개발했다고 23일 밝혔다.
수십-수백 나노미터 크기의 표면 구조를 가진 고분자 필름은 일반적으로 마스크 패턴을 이용한 식각, 임프린팅 등의 공정으로 제조한다. 하지만 제작 공정이 복잡하고 제조 면적 확장에 한계가 있을뿐더러 비용이 높아 다양한 분야에 적용이 어려웠다.
연구팀은 3킬로전자볼트(keV) 이하급 이온빔을 고분자 필름 표면의 수십-수백 나노미터 깊이에 전달하는 에너지를 조절하고 고분자 필름 표면의 결합을 제어하는 연구를 수행했다.
이 과정에서 이온빔 특성진단 기술을 토대로 이온-고분자 간 반응을 예측하는 이론모델을 개발했고, 마스크 패턴 없이 나노 구조를 직접 형성하는 자가 나노구조화 이온빔 기술 개발에 성공했다.
이온빔 처리로 제조한 나노표면 고분자 필름은 필름 원소재 대비 3% 이상 투과도가 높다.
또 나노 구조를 이용한 초발수화와 자가세정 기능화, 폴리머 소재 선택에 따른 주름, 구멍, 돌기 구조 형성이 가능하다. 중기능성 나노표면 고분자 필름 제품을 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있다.
한발 더 나아가 연구팀은 이 기술에 '롤투롤 이온빔 표면처리 기술'을 적용, 대량생산과 저가 공정이 가능하도록 했다.
두루마리 휴지처럼 회전축에 감긴 고분자 필름을 풀면서 이온빔 처리를 하고 다시 롤에 감아 표면 처리를 끝내는 방식이다.
롤투롤 공정을 적용하면 표면처리 폭은 최대 2~3m급으로 확장되고, 분당 수 m급의 속도로 이온빔 처리를 하기 때문에 대면적 필름의 연속 생산이 가능하다.
김도근 책임연구원은 “롤투롤 이온빔 기술은 기존 고가의 나노구조 필름 제조공정 비용을 낮출 수 있어 다양한 산업 분야의 나노표면소재 생산에 적용할 수 있다”고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
