일본의 산업기술종합연구소 근접장광응용공학연구센터의 수퍼렌즈테크놀로지연구팀이 최근 대면적 나노구조체 금형 제작기술 등을 이용하여 플라스틱 기판의 친수성 기술을 개발했다.

이 기술은 산업기술종합연구소와 하우스테크가 공동연구로 개발한 것이며, 산업기술종합연구소가 가지고 있는 대면적 나노구조체 제작기술과 나노구조체 전사형성 기술 및 하우스테크의 친수성 기재 응용기술과 친수성 평가기술을 융합하여 개발한 것이다.

기판의 젖음성을 제어하는 기술은 자동차의 도어 미러나 윈도우 글라스, 주택용 외벽, 액정TV, 반도체의 전극배선, 산업용 필름, 바이오 템플레이트 등 다양한 분야의 제품 제조에 이용되고 있는 매우 중요한 기술이다.

지금까지 젖음성 제어기술은 재료가 가지는 친수특성이나 발수특성을 이용하는 것이 일반적이었으며, 스프레이 도포나 테이핑 등의 방법을 이용한 습식법과 진공성막 장치를 이용한 건식법으로 유기재료나 무기재료를 기판에 도포하는 방법이 이용되었다.

그러나 이들 친수성 재료를 도포하는 경우, 도포 공정비용을 무시할 수 없으며, 특히 건식법인 경우에는 면적이 넓어짐에 따라 도포 비용이 크게 증가한다는 문제가 있다. 그리고 친수성 재료들은 젖음성을 제어할 수 있는 지속시간이 짧기 때문에 광촉매 등을 이용하지 않는다면 장기에 걸쳐 성능을 유지할 수 없다는 문제가 지적되었다. 따라서 기존의 제조공정에 비해 저비용, 간단, 장기 젖음성 유지 등의 특성을 가진 새로운 친수화 기술의 개발이 요망되어 왔다.

한편, 최근 나노미터 스케일의 미세구조물이 가지는 특유의 현상을 이용하는 새로운 소자의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 나노구조체를 이용한 렌즈 등의 반사방지 기능의 부여와 연료전지의 축전효율 향상, 젖음성 제어 등 다양한 소자가 개발되고 있다.

젖음성 제어의 경우에는 나노 구조효과에 의해 표면 에너지가 변화하여 젖음성을 제어할 수 있다는 사실이 일반적으로 알려져 있다. 하지만 이러한 나노구조체를 이용한 젖음성 제어는 아주 작은 면적의 나노구조체에서 발현되는 현상이기 때문에 큰 면적의 나노구조체에 대해서는 대면적 나노구조체 자체를 형성하기가 어렵다는 문제 때문에 지금까지 거의 연구되지 않았다.

이번에 개발한 대면적 나노구조체를 이용한 친수성 기판은 광디스크 제조 장치를 이용한 나노 가공장치로, 대면적 나노구조체 금형을 제작한 후에 나노임프린트 방법으로 필름 위에 나노구조체를 전사하여 제작한다.

이 기술은 전사 공정만으로 플라스틱 기판을 친수성으로 변화시킬 수 있기 때문에 대면적화가 가능하다. 또한 단시간에 발수성 플라스틱 표면을 친수성으로 변화시킬 수 있다.

이 기술은 전사 공정만으로 플라스틱 기판을 친수화 할 수 있기 때문에 롤 형태의 금형을 제작하면 대면적화 한 친수 필름을 매우 저렴하게 생산하는 것이 가능하다.

또한 나노구조체로 모양을 패터닝한 금형을 이용하여 필름 표면에 나노구조체를 전사하면 나노구조체가 형성된 친수성 부분만 물을 남길 수도 있다. 또한 나노구조체를 고밀도로 형성함으로써 고광투과성을 나타내는 반사방지 기능을 부여할 수 있다.

가령, 패널 등에 이 기능을 부여하는 경우에는 나노구조체의 반사방지 효과에 의해 4%의 반사광이 줄어들어 광투과성을 향상시킬 수 있다. 동시에 나노구조체에 의한 친수효과에 의해 물이 방울방울 맺히는 것을 막을 수 있기 때문에 우천 시에도 고광투과성을 유지할 수 있다. 따라서 태양전지 패널 등에 이 기술을 적용하면 발전효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이번에 개발한 기술을 응용함으로써 차세대 디스플레이의 하나인 플렉시블 디스플레이용 유기재료, 컬러필터, 전극배선 등의 선택적 도포기술이나 DNA어레이, 유체 캐필러리 등의 바이오 템플레이트, 약제개발, 태양전지 패널 등 다양한 응용이 가능할 전망이다.

한편, 이번 연구개발에서는 1m2이상의 면적을 가지는 친수성 필름을 실현할 수 있기 때문에 앞으로 롤 임프린트 공정을 이용한 나노구조체 전사기술을 개발하여 보다 대면적화와 고속제조화를 도모할 예정이다.

조나리 기자/olivelina@paran.com