이영록 기자
기존의 포토리소그래피 공정은 수직 방향으로 내리쬐는 자외선 특성상 빛의 노출 방향에 따라 형성되는 미세패턴이 2차원으로만 제조되는 한계가 있었지만 김 교수 연구팀은 산소의 확산 원리를 이용, 3차원 형상을 구현하는 데 성공했다. 연구팀은 일반적으로 빛을 이용한 중합반응에서 산소가 물질의 경화 작용을 방해하는 특성이 있는데 이를 역이용했다.
일부 영역에만 자외선을 노출시키면 해당 영역의 산소 농도가 감소하고 다른 영역은 유지돼 농도의 차이로 자외선이 노출된 영역으로 산소의 확산 현상이 발생하게 된다.
기존에는 같은 속도로 발생한 경화 작용이 시간차를 두고 이뤄지는 것이다.
따라서 미세패턴의 모양도 다양해지고 확산 방향과 속도를 의도적으로 조절함으로써 3차원 형상의 패턴 제작이 가능해지는 원리다.
연구팀은 이 기술을 연속적으로 융합해 사용하면 더 복잡한 형상과 다양한 성분으로 구성할 수 있다는 것도 확인했다. 자성 입자를 넣어 자기장을 이용한 의료용 패치 제작뿐 아니라 온도에 따라 팽창하고 수축하는 젤을 넣으면 곡면 형태의 필름 제작도 가능하다.
연구팀은 디스플레이 소자를 포함한 다양한 전자기기의 광학소자, 패치형 역물 전달체, 물과 기름에 젖지 않는 표면 등 3차원 미세패턴과 미세입자 연구를 통해 구현 가능한 기술들의 상용화를 기대하고 있다.
김 교수는 “혁신적인 3D 프린팅 기술은 미세형상 제어와 대량생산이 어렵지만 이 기술은 3차원 미세패턴을 대량 생산할 수 있다”며 “대부분 학계와 산업계에서 포토리소그래피 장비를 사용하는 만큼 파급 효과가 클 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 게재됐으며 연구팀은 2013년 불의의 사고로 고인이 된 콜로이드 및 유체역학 분야의 대가인 故 양승만(전 KAIST 생명화학공학과) 교수에게 헌정했다.
이영록 기자 idolnamba2002@
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