중합 구배를 갖는 고분자 필름의 표면 주름 구조 제어를 통한 응용 소재 개발

Abstract

말린 과일 껍질이나 사람의 피부 등 자연에서 쉽게 볼 수 있는 주름 구조체는 기계적 성질이 다른 물질로 이루어져 비등방성을 가진 소재가 형태 변형을 일으킬 때 생긴다. 이 구조는 특수한 모양과 넓은 표면적 때문에 광학 소재, 표면 코팅, 건식 접착 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그리고 주름 구조체는 크게 제어된 패턴을 가지는 주름 구조체와 랜덤한 패턴을 가지는 주름 구조체로 나눌 수 있다. 선행 연구에서 제어된 패턴을 가지는 주름 구조체들은 정교하게 원하는 패턴을 구현하기 어렵고 제어 가능한 패턴이 한정적이다. 이에 본 연구에서는 중합 구배에 의해 하이드로젤 고분자 필름 표면에 생기는 특수한 구조를 이용해 주기와 패턴이 세밀하게 제어된 주름 구조를 제작하였다. 확산된 빛을 국부적으로 조사해 고분자를 중합하면 중합 구배에 기인하여 표면에 마루와 골 구조가 생긴다. pH에 감응하여 고분자 필름이 형태 변화를 일으킬 때 특수한 마루와 골 구조는 순차적인 과정을 거치면서 대면적에 균일한 마이크로 스케일의 주름 구조로 발달한다. 빛을 조사하는 지점에 따라 주름 구조를 사각형 패턴이나 육각형 패턴으로 만들 수 있고 주기도 조절할 수 있다. 그리고 주름 구조의 틈 사이에 다양한 입자를 패턴화 하고 효모 세포를 주름 구조의 패턴이 반영되도록 배양하였다. 따라서 새로운 세포 분석 플랫폼으로 활용될 가능성을 확인하였다. 랜덤한 패턴을 갖는 주름 구조체도 제작하였다. 랜덤한 패턴의 주름 구조체 위에 산화물을 증착해 브래그 반사경을 만들었다. 일반적인 브래그 반사경의 경우 빛이 입사하면 브래그 반사경의 특성에 의해 각도에 따라 다른 파장의 반사가 일어난다. 하지만 주름 구조체를 적용한 브래그 반사경은 표면의 굴곡 때문에 브래그 반사경 표면에서 여러 방향으로 반사가 일어난다. 따라서 각도의존성 없이 단일한 색의 빛만 반사하는 광학 소재를 제작하였다. 이를 통해 주름 구조체를 이용하면 광식각 공정 없이도 마이크로 스케일의 구조를 간단하고 경제적으로 제작해 활용할 수 있음을 보였다.