NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 21, No. 5, 2003…597
NRL
National Research Laboratory (국가지정연구실)
조 길 원
포항공과대학교 화학공학과 [email protected]
연구실 소개
본 연구실은 포항공과대학교 내의 고분자계면 및 접착 연구실(polymer interface and adhesion laboratory)을 주축으로 대학 내에서 그 동안 공동 연구를 해온 정보전자재료연구실의 고분자 합성 의 전문성과 미세유변물성 연구실의 블록공중합 체의 전문성을 합하여 2001년 과학기술부 지정 국 가지정연구실(NRL)인 고분자계면 및 접착연구 실로 발족시켰다. 국내 정보전자소자 산업에서 필 수적으로 요구하고 있는 고분자 표면, 계면 및 접 착기술 개발을 궁극적인 목표로 삼고, 이에 필요 한 원천기술인 기능성 나노 binder 기술, 계면구조 제어기술과 나노수준의 접착특성 평가기술을 연 구대상으로 하고 있다.
최근 나노 수준에서 고분자물질의 구조와 표면 및 계면현상을 분석할 수 있는 기기들의 발달로 표면 및 계면에서의 물리와 화학 그리고 파괴와 변형 등 많은 연구영역이 관여되는 접착에 대한 기본 문제들을 해석할 수 있게 되었다. 이에 부응 하여 본 연구실은 지난 20년간 고분자계면 및 접
착에 관한 전문적인 연구를 바탕으로 고분자/고 분자, 고분자/금속, 고분자/무기물, 고분자/생체재 료의 표면, 계면 및 접착현상을 분자적 수준에서 연구하고 있다. 또한 본 연구진은 블록 공중합체 의 분자설계와 미세 상분리 현상을 이용한 점착제 의 나노 점착기술에 대해 지난 수년간 전문적으로 연구해오고 있으며 최근에는 분자설계를 통해 곁 가지가 결정화를 이루는 가지형 액정공중합체를 이용한 온도응답성 binder 연구, AFM을 이용한 분자수준의 표면분석 및 상호작용 연구와 아직 국 내에서는 보유하지 못한 JKR 장치 및 표면힘 측 정장치 등을 제작하고 이를 이용하여 점착제 및 binder의 접착성을 분자수준에서 해석하고 응용 하는 연구가 진행 중이다. 본 연구진은 분자설계 를 통한 나노수준의 표면/계면 제어와 미세 정보 전자산업에 필수적인 기능성 binder 기술에 대한 기반 및 응용연구를 집중적으로 수행하여 이 분야 에서 핵심기술을 보유한 세계적인 경쟁력을 지닌 연구실로 성장하고자 한다.
( binder )
http://cedb.postech.ac.kr/~pial/ko/main.htm
598…NICE, 제21권 제5호, 2003
N·R·L·소·개
연구과제의 내용
1. Intelligent binder와 switchable binder의 분자 설계기술 개발
단순한 접착/점착 물성 뿐 아니라 전기, 열전도, 전자파차폐 및 광학특성 등의 물리적 물성을 요구 하는 intelligent binder의 개발과 주위환경의 작은 변화에 따라 접착/점착 성질이 급격하게 변하는 switchable binder의 개발을 위해서는 단순한 고 분자의 합성이나 블렌드 방법으로는 불가능하다.
이를 위해서는 화학적 구조, 고분자 사슬의 구조, 반응성기의 도입, 친수성/소수성 정도 등 다양하고 복잡한 구조을 제어할 수 있는 고분자의 분자설계 와 정밀합성기술이 요구되며 반응성기를 지닌 블 록 공중합체의 합성이 대표적인 예라 할 수 있다.
본 연구에서는 기존의 점착제가 가지는 넓은 온 도구간에서의 점착물성의 변화와는 달리 유변물 성의 조절과 표면조성의 변화를 통해 5℃이내의 아주 좁은 구간의 전이온도에서 가역적 점착/탈 착특성을 발현하는 곁가지 액정성 고분자 binder
를 개발하였으며 이 물질은 switchable binder 형 태의 점착제로 사용 가능하다. 또한 소수성 및 친 수성 기판사이의 접착력을 향상시키기 위해 poly(dimethylsiloxane)와 acrylate계 물질의 블 록 공중합체를 독창적으로 제조하였다. 이러한 소 수성-친수성 블록공중합체로 된 양친성 기능성 binder는 각각 서로 다른 극성을 지닌 계면을 결 합시키는 binder로서 그 독창성이 있다하겠으며 액정디스플레이뿐만 아니라 flexible 디스플레이 등의 정보전자소자의 개발에도 필수적이다.
2. 초분자의 자기조립성질을 이용한 초박막형 기 능성 나노 binder의 개발
전자정보용 소자가 고기능화 소형화됨에 따라 박막형태의 적층구조도 더욱 얇아지게 되며 binder도 초박막화되어야 할 필요성이 증대되고 있다. 따라서 차세대 고기능성 binder가 나가야 할 방향은 기능성 부여와 더불어 초박막화의 구현으 로 대두될 것이다. 본 연구실에서는 초분자의 자
그림 1. Johnson-Kendall-Roberts(JKR)장치(나노접착연구에 사용되며 본 연구실에서 자체제작한 것).
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 21, No. 5, 2003…599
N·R·L·소·개
기조립성질을 이용한 초박막형 기능성 나노 binder 개발에 관한 연구를 수행하고 있다. 초분자 자기조립 유기박막의 경우 분자의 종류, 크기 및 배열형태 등과 같은 미세 분자구조의 차이가 박막 의 표면, 계면 및 접착성질에 큰 차이를 보인다.
또한 유기박막 트랜지스터용 초박막형 기능성 나 노 binder의 경우 평탄화율이나 열적 기계적 안정 성 이외에 전기적 특성 및 표면특성이 중요시 되 고 있다. 본 연구에서는 나노 binder에 특수기능성 을 부여하기 위하여 UV, Deep UV, Extreme UV, Soft X-ray, Ion beam 등을 이용한 나노 binder 표면의 형상화 기술을 도입하고 이에 따른 접착특성을 체계적으로 연구하고 있다.
3. 나노수준의 접착특성 평가기술 개발
나노수준의 접착특성 평가기술의 개발에 있어 서는 국내 최초로 contact mechanics를 이용하여 Johnson-Kendall-Roberts(JKR)장치를 자체 설 계제작함으로써 나노수준에서의 접착력을 측정하 고 있다. 특히 JKR장치는 나노수준의 접착현상연 구에 필수적인 기기로 외국에서 수년전에 소개되 었으나 아직 상업화되지 않은 측정기기인데 국내 에서는 본 연구실에서 최초로 자체제작하여 신뢰 성을 평가한 결과 우수한 신뢰성을 나타냄을 확인 하였다. 따라서 본 연구실에서 자체제작한 JKR장 치는 기능성 binder 개발에 필수적인 나노스케일 의 접착현상연구에 아주 유용하게 사용되리라 기 대된다. 또한 AFM probe의 표면개질과 AFM의 기본 원리를 이용하여 두 물질간의 나노접착특성 을 평가할 수 있는 chemical force microscopy 기
술을 확립하고 이를 이용하여 화학적 물리적 성질 이 다른 표면 및 binder의 나노수준의 접착특성에 관한 연구를 수행하고 있다.
4. 기타 표면, 계면 및 접착에 관한 연구
·초분자 자기조립 박막을 이용한 나노접착연구
·Flexible display용 기판의 표면구조에 따른 ITO의 특성연구
·Biomineralization기술을 이용한 무기박막 성장 제어
·Insulator 표면구조제어를 통한 전도성고분자 박막의 결정미세구조 제어와 이에 따른 유기박 막 트랜지스터의 특성 연구
주요 보유장비 및 기기
·OM, SEM, TEM, AFM, Microtome
·Contact angle goniometer
·Ellipsometer, Alpha-step surface profiler
·Johnson-Kendall-Roberts apparatus(JKR)
·DSC, TGA, DMA
·RDS, ARES
·GPC, FT-IR
·Light scattering equipment
·4-probe potentiometer
·음이온 중합장치, Glove box
·Dip coater, Spin coater
·Plasma reactor
·Internal mixer
·UTM, Tack tester
