포스텍은 김석 기계공학과 교수 연구팀이 김기훈 교수, 김남중 가천대 기계공학과 교수, 이한얼 전북대 신소재공학부 교수, 미국 코네티컷대 손창희 박사와 함께 머리카락보다 작은 전자부품부터 일상용품까지 손쉽게 붙였다가 떼어낼 수 있는 새로운 접착 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
차세대 디스플레이 기술인 '마이크로 LED'는 기존 화면보다 밝고 오래 사용할 수 있고, 구부러지거나 투명한 화면 구현이 가능해 큰 관심을 받고 있다. 하지만 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 LED 칩들을 정확한 위치에 붙이거나 필요할 때 깔끔하게 떼어내는 것은 생각보다 매우 까다로운 일이었다. 기존에는 액체 접착제나 특수 필름을 사용했지만, 공정이 복잡하고 정밀도가 떨어지며 잔여물이 남는 문제가 있었다.
또 과학자들은 오랫동안 '접착 역설(Adhesion Paradox)'이라는 난제에도 직면해 있었다. 이는 이론적으로 원자 단위에서 물체들이 강하게 붙어야 하지만, 실제 물체 표면이 울퉁불퉁해서 접촉 면적이 좁아 접착력이 약해지는 현상이다. 잘 붙어야 하지만 잘 안 붙는, 말 그대로 '역설'적인 상황이다.
연구팀은 이 '접착 역설'을 오히려 활용하는 기발한 해결책을 찾아냈다. 핵심은 '형상기억분자(SMP)'라는 특별한 재료와 그 위에 나노 크기의 뾰족한 돌기들을 정밀하게 만드는 것이다. 평상시에는 표면이 거칠어서 접착력이 약하지만, 열을 가하고 압력을 가한 후 식히면 표면이 다림질한 것처럼 평평해져 접착력이 급격히 강해진다. 반대로 다시 열을 가하면 원래 거친 상태로 돌아가면서 접착력이 약해져 쉽게 떨어진다.
이 기술은 붙일 때 약 15기압의 강한 힘을 내고, 떼어낼 때는 별도의 힘 없이 저절로 떨어지는 '셀프 릴리즈(Self-Release)' 기능도 갖췄다. 붙일 때와 뗄 때 접착력 차이는 무려 1000배 이상으로, 기존 기술보다 훨씬 뛰어나다. 이 기술로 연구팀은 로봇을 이용해 마이크로 LED 칩을 디스플레이 기판에 정확히 붙이고 깔끔하게 떼어내는 데 성공했으며, 종이나 천 같은 재료도 안정적으로 다룰 수 있음을 입증했다.
김석 교수는 “이 기술은 접착제 없이도 정밀하게 소자를 다룰 수 있어 디스플레이와 반도체 산업에 실질적인 도움이 될 것”이라며, “거의 모든 산업 분야의 접착 공정에 활용할 수 있고, 스마트 제조 기술과 결합하면 산업 전반에 큰 변화를 불러올 수 있을 것”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 개인연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인판에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
