KAIST, 커피링 얼룩없는 균일 코팅 기술 개발

김형수 교수팀, 증발 시스템 최적화한 프린팅 기술 디스플레이 소자 적용 가능, 국제학술단체 학술지에 게재

[대전=뉴시스] 퀀텀닷 코팅 결과 비교. 왼쪽부터 일반 열린 공간에서의 증류수 액적 증발 결과, 열린 공간에서 이성분(물-에탄올) 액적의 증발 결과, 갇힌 공간에서 이성분 액적이 유리 기판 결과, 웨이퍼 표면 위에서 증발된 결과다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 기계공학과 김형수 교수 연구팀이 커피링 얼룩자국이 남지 않도록 디스플레이용 양자점(퀀텀닷)을 균일하게 코팅할 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

커피 방울이 고체 표면 위에서 마르면 액적(물방울) 표면의 상대적 증발률 차로 인해 커피링 얼룩 자국이 남게 되며 이를 커피링 효과라고 한다.

그동안 액적의 커피링 패턴을 제어하고 균일 마름 자국을 얻기 위해 계면활성제를 사용하거나 부분적인 표면장력 변화를 발생시켜 마랑고니 효과(Marangoni effect)를 이용하는 방법들이 있어 왔다. 마랑고니 효과는 서로 다른 액체 등이 경계면을 따라 표면장력의 크기가 일정하지 않을 때 발생하는 현상으로 대표적인 사례가 '와인의 눈물' 현상이다.

박사후연구원 때부터 커피링을 효과적으로 제어하는 방법에 관한 연구해온 김 교수는 지난 2016년 위스키가 특이하게 마르는 현상을 규명해 커피링을 획기적으로 없앨 수 있는 기술을 얻었다.

하지만 물방울의 접촉선 위치에서의 커피링 효과는 줄일 수 있었으나 여전히 커피링 효과는 존재했다.

김 교수와 편정수 석사과정은 이번에 액적이 증발하는 공간을 한시적으로 밀폐시켜 커피링을 완전히 소멸시키는 방법을 개발했다.

이 기술은 증발율이 다른 두 액체를 효과적으로 혼합하고 먼저 증발하는 휘발성 액체의 몰 분자량이 공기보다 크다는 사실을 이용, 밀폐된 공간에 갇힌 휘발성 증기가 연속적으로 용질성 마랑고니 효과를 일으켜 커피링을 완전히 사라지게 만드는 기술이다.

이번 연구 결과는 국제 학술단체인 '영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)'의 학술지 'Soft Matter(연성물질)'가 특별기획한 '신진과학자 특집호(2021 Soft Matter Emerging Investigator Special Issue)'에 지난 7일자 표지논문으로 게재됐다.

(논문명:Uniform coating pattern of multi-component droplets in a confined geometry)

김형수 교수는 "액적의 증발은 잉크젯 프린팅과 같은 기술에서 기능성 유연 재료의 균일 코팅이라는 문제와 직결된다"면서 "현재 해당 기술을 특허 출원했고 유연 디스플레이 소자에 적용키 위한 연구를 진행하고 있다"고 말했다.

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