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이온빔 공정을 통해 형성된 다양한 나노구조 표면의 고분자 필름(사진. 재료연구소)

재료연구소 나노표면연구실 김도근 박사 연구팀이 롤투롤 이온빔 표면처리 기술을 이용해 고분자 필름 표면에 나노 구조를 형성하는 기술을 개발했다.

이 연구팀은 오랫동안 3㎸ 이하급 이온빔이 고분자 필름 표면의 수십-수백 나노미터 깊이에 전달하는 에너지를 조절해, 고분자 필름 표면의 결합을 제어하는 연구를 수행했다.

이 과정에서 이온빔 특성진단 기술을 기반으로 이온-고분자 간 반응을 예측하는 이론모델을 개발했으며, 이를 통해 마스크 패턴 없이 나노 구조를 직접 형성하는 자가 나노구조화 이온빔 기술을 개발하는데 성공했다.

이온빔 처리를 통해 제조된 나노표면 고분자 필름은 필름 원소재 대비 3% 이상의 투과도 향상, 나노 구조를 이용한 초발수화와 자가세정 기능화, 폴리머 소재 선택에 따른 주름, 구멍, 돌기 구조 형성이 가능하다. 또한 중기능성 나노표면 ​고분자 필름 제품을 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있다.

김도근 연구팀은 자가 나노구조화 이온빔 표면처리 기술의 상용화를 위해 대량생산, 저가 공정 개발이 가능한 롤투롤 이온빔 표면처리 기술을 사용했다.

본 기술은 두루마리 휴지처럼 회전축에 감긴 고분자 필름이 풀리면서 이온빔 처리가 되고 다시 롤에 감겨 표면 처리를 끝내는 방식이다. 롤투롤 공정을 적용하면 표면처리 폭이 최대 2~3m급으로 확장된다. 분당 수 m급의 속도로 이온빔 처리를 하기 때문에 상용화를 위한 대면적 필름의 연속 생산이 가능하다.