• 공업화학전망
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• 제24권6호
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• pp.3-18
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• 2021

가역적인 표면 젖음성의 제어가 가능한 스마트 표면은 첨단 센서, 기능성 멤브레인 등 여러 산업분야에 적용될 수 있는 계면제어 기술로써 많은 관심을 받을 것으로 기대된다. 표면의 젖음성은 표면의 화학적 구조와 기하학적 입체 구조에 의해 영향을 받는 데, 특히 외부자극에 의해 소재 물성을 가변시킬 수 있는 스마트 고분자 소재를 나노구조가 제어된 표면에 도입함으로써 표면의 젖음성을 초발수에서 초친수로 가역적으로 전환시킬 수 있는 스마트 표면을 효과적으로 구현할 수 있다. 자극 응답성 스마트 소재는 인가하는 외부자극에 따라 물리적 자극(빛, 온도, 전기, 자기)과 화학적 자극(pH, 용매, 이온)으로 구분할 수 있으며, 이를 복합적으로 적용한 이중/다중 유발 자극에 반응하는 소재가 있다. 본 기고문에서는 외부자극에 응답하는 자극응답성 고분자를 나노 구조 표면에 도입하여 초발수에서 초친수로의 가역적인 젖음성 변화가 가능한 고기능성 스마트 표면의 최근 연구 동향과 미래 전망에 대해 소개하고자 한다. 이런 다양한 외부자극을 이용한 표면 특성의 가역적 제어 기술을 통해 물-오일의 분리, 바이오센서, 약물 전달, 소프트로보틱스와 같은 스마트 소재의 잠재적 발전 가능성 또한 엿볼 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 추계학술대회 초록집
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• pp.141-141
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• 2009

EHD(electrohydrodynamic) 증착법을 적용하여 코팅층 표면복합구조제어를 연구하였다. 이 방법을 이용하여 표면구조 제어를 통한 친/소수 코팅층 개발의 제반 조건들을 탐색한다. 화학적으로 안정한 코팅층을 형성할 수 있는 전구체 물질을 용매에 혼합하고, 전구체 물질의 농도를 조절하여 다양한 점도의 용액을 합성하고, 전기장을 적절한 범위에서 변화시키면서 용액의 점도와 전기장의 변화에 따른 코팅층의 표면형상을 체계적으로 조사하고, 주요 공정 변수인 용액 전구체농도와 전기장에 따른 표면형상 변화에 대한 공정 MAP을 조사하여 초친수/초발수 특성을 나타내는 최적 표면구조를 예측한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.159-159
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• 2012

알루미늄 박막을 코팅하기 위해서 비대칭 마그네트론 스퍼터 소스를 이용하였으며 빗각 증착과 외부 자기장에 의한 플라즈마 밀도 제어가 알루미늄 박막의 미세구조에 미치는 영향을 확인하였다. 빗각 증착은 타겟과 기판이 서로 평행하지 않고 빗각을 이루도록 기판을 기울여 코팅하는 방법으로 박막의 미세구조를 제어할 수 있다. 마그네트론 스퍼터 소스 외부에 원형의 전자석을 위치시키고 직류의 전류를 인가하여 타겟 표면에서 발생하는 플라즈마 밀도를 제어할 수 있도록 하였다. 알루미늄을 물리기상증착으로 코팅하면 일반적으로 주상정 구조를 갖는다. 알루미늄 박막이 주상정 구조로 이루어지면 박막의 표면 거칠기가 증가하고 밀도가 감소하는 현상을 보인다. 알루미늄을 빗각 증착으로 코팅하면 주상정 형성이 억제되어 박막의 밀도가 높아지고 표면 거칠기는 감소하는 현상을 보였다. 알루미늄의 빗각 증착 시 전자석에 인가하는 전류의 세기와 방향을 제어하여 타겟 표면의 플라즈마 밀도를 증가시키면 알루미늄 박막의 밀도가 빗각 증착만 적용했을 때보다 증가하고 비정질과 같은 박막 구조를 보이는 현상을 관찰할 수 있었다. 전자석에 인가하는 전류의 방향을 기판 표면의 플라즈마 밀도가 증가하도록 바꾸면 알루미늄 주상정의 크기가 증가하고 기공의 크기도 증가하는 현상을 관찰하였다. 마그네트론 스퍼터 공정 시 자기장과 빗각 증착을 적절하게 이용하여 밀도가 높고 표면 거칠기가 낮은 알루미늄 박막을 코팅할 수 있었으며, 이러한 알루미늄 박막은 기능성 향상을 위한 표면처리 소재로 활용 가능성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.95-96
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• 2014

본 논문에서는 수열합성법으로 성장된 ZnO 기반의 나노구조를 응용함으로써, 압전기반의 새로운 나노제너레이터 구조 및 성능향상에 관한 연구를 제시하고자한다. ZnO 나노구조는 원자층증착법을 적용하여 균일한 ZnO 나노박막 seed층을 성장하고, 이러한 seed층 위에 수열합성법을 통해 $90^{\circ}C$ 저온에서 ZnO 나노구조를 성장함으로써 이루어진다. 성능향상을 위해 다양한 종류 및 구조의 기판 적용을 통해 압전소자를 제작하였으며, 주기적인 스트레인의 적용을 통해 출력특성을 측정하였다. 또한 유연성 나노제너레이터의 제작을 위해 Graphene기반의 전극구조를 적용하였으며, 이를 통해 유연성 나노제너레이터 소자로부터 나노압전특성을 제어할 수 있었다. 특히 나노압전소자의 성능향상을 위해 기판의 표면미세구조를 조절하여 표면적을 넓혀줌으로써 압전소자의 출력전압특성을 향상하였으며, 이러한 메커니즘을 구조적, 성분 분석 및 광학적 특성분석을 통해 규명하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.141.2-141.2
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 인체 부착을 위해서는 민감한 피부에 장시간 부착시 무해성과 탈부착의 자유로움이 요구되기에 기존의 화학물질을 활용한 접착 방식에서 개코도마뱀 또는 딱정벌레 발바닥에서 영감을 얻은 자연모사형 건식 접착 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩과 후처리를 통한 매우 복잡한 공정이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 단순화하기 위해서 폴리머 소재에 플라즈마를 활용한 나노구조를 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착용 폴리머 소재(PMMA, PDMS)에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 본 연구실에서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지, 노출시간, 사용가스에 따른 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 또한 처리조건에 따른 표면에너지 변화를 확인하기 위해 물접촉각 변화를 측정하였다. PMMA는 입사에너지, 노출시간이 증가함에 따라 쉽게 나노기둥구조가 형성되었으나, 과도한 입사에너지 또는 노출시간에서는 표면구조가 에칭되면서 무너지는 것이 관찰되었다. 또한 PDMS는 동일한 조건에서 주름구조 형태를 보였으며 노출시간이 증가할수록 주름구조의 간격이 늘어남을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 나노 구조를 쉽게 제어할 수 있는 PMMA가 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.83-83
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• 2018

최근 의료, 보건, 헬스케어 분야에 대한 관심이 증가함에 따라 질병의 조기 진단 연구가 각광 받고 있다. 특히 표면증강 라만 산란 (Surface Enhancement Raman scattering)은 고분자 검출을 위해 가장 유용한 물리 화학적 기법으로 SERS를 활용한 특정물질 검출 기술 개발에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 나노구조의 국부적 표면 플라즈몬의 공명조건 (Surface Plasmon Resonance, SPR)으로 유도된 전자기장은 우수한 SERS 신호를 나타낸다. 따라서 표면 플라즈몬 공명 효과는 귀금속 나노입자의 종류, 크기 및 형태, 기판의 형상 및 구조 등에 의해서 달라지게 되므로 이들을 조절하여 보다 민감한 SERS 신호를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 고감도 SERS-Active 기판을 제작하기 위해 SERS 기판 표면의 나노구조를 최적화 하였다. SERS 기판 표면을 제어하기 위해 공정파워, 공정압력, 기판의 온도 등의 증착공정 변수에 변화를 주어 표면의 나노구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM 분석을 통해 피라미드형 실리콘 기판 표면의 Au 나노구조 금속 박막을 확인하였고, XRD를 이용하여 결정성 및 결정크기를 확인하였다. Rhodamine 6G를 이용한 라만 분석을 통해 SERS 신호의 강도를 알 수 있었다. 금속 나노구조의 형태, 온도 제어를 통해 SERS 신호강도가 우수한 나노구조 기판을 제조 할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.341-342
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• 2012

일반적으로 낮은 표면에너지는 표면조도 및 표면 화학구조에 의하여 제어된다. 이 실험에서는 $SiO_x$ 박막의 표면에너지를 낮추기 위하여 인가전력을 제어하였으며, 동시에 표면 조도를 변화하였다. 인가전력의 의한 표면 조도 및 화학구조를 AFM과 FT-IR로 분석을 하였다. 더하여, 표면에너지의 변화를 접촉각 측정기로 측정하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.259-259
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• 2009

박막태양전지의 효율을 높이기 위한 방법 중 입사된 태양광의 흡수율을 높이기 위한 방법으로 전지의 표면구조를 제어하는 기술이 최근에 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 박막태양전지의 저가화와 고효율화를 위하여 투명전도막으로 응용되고있는 ZnO박막의 증착속도를 높이는 공정변수의 영향과 수광효과를 개선하기 위하여 최적의 표면구조를 가지는 ZnO박막 증착조건을 찾고자 증착 공정변수에 대하여 실험하였다. 공정변수의 조절에 따라 표면구조의 제어가 가능하였으며 우수한 광학적 특성과 500nm/min 의 높은 증착속도를 얻을 수 있었다. 또한 표면구조와 전기적, 광학적 특성이 긴밀한 관계를 가지는 것을 알 수 있었다. 실험된 공정 변수는 기판온도, 공정압력, 플라즈마 파워, 원료 가스 조성 이며 공정변수에 따른 전기적, 광학적, 구조적, 특성은 FE-SEM, 4Point-probe, XRD, UV-spectroscopy를 이용하여 분석하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.304-304
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• 2015

플라즈마 표면처리를 통해 폴리머의 나노 구조를 형성하는 연구는 활발히 진행되고 있으나, 표면 처리를 통해 나노 기둥 구조를 형성하기 위해 본 연구에서는 폴리머(PMMA, PDMS, PET, NOA) 위에 표면형상 변화를 위한 산소 플라즈마 처리를 하였으며, 이 때 플라즈마 표면처리 공정조건은 파워 및 가스분압별에 대한 조건 변화를 주어 표면처리 후 표면형상 변화를 SEM과 접촉각을 통해 조사하였다. 이를 통해 얻어진 표면형상에서 PMMA의 나노 기둥 구조를 이용하여 건식접착패치에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.251-251
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• 2015

최근 질병 조기진단에 대한 사회적 요구가 높아짐에 따라 이에 대한 기술에 관심이 집중되고 있다. 그 중 표면증강라만산란(surface enhanced Raman scattering(SERS))을 이용하여 인체 내 소량의 바이오마커를 검출하는 연구가 활발히 진행중이다. 본 연구에서는 바이오마커의 검지감도를 최대치로 증가시키기 위해 SERS 기판의 나노구조를 최적화 하였다. SERS 기판 표면의 나노구조, 크기, 형상, 밀도 등에 따라 검지감도가 변화되기 때문에 이를 제어하기 위해 증착공정 변수에 변화를 주어 표면의 나노구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM, XRD를 사용하였으며 최적화된 SERS 기판을 활용하여 Rhodamine 6G의 신호가 $1{\times}10^5$ 이상의 enhancing factor를 확인하였다.