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KIST 과학기술연구원

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제목 팽창 입자를 이용한 맞춤형 형태의 입자 제조 기술
연구팀 물질구조제어연구센터 구종민 박사팀 조회수 748
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- 열팽창 입자를 이용한 고분자 입자의 형상 및 밀도 제어 기술

- 정밀한 나노패턴 구현 가능, 다양한 플랫폼으로 활용 기대


다양한 형태를 가지는 마이크로(μ(micro), 100만분의 1미터) 크기의 입자들은 전자파 차폐 및 열전도성 복합체용 기능성 필러 소재나, 지능형 약물 전달 및 질병 진단용 바이오 소재, 차세대 광전 소자 응용을 위한 광자 결정 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 하지만, 고분자 입자의 모양 및 밀도를 응용 용도에 맞게 맞춤형으로 제조하는 기술은 아직 개발되지 못하고 있어 그 응용에 제약이 따르고 있었다. 최근 국내 연구진이 열팽창성 고분자 입자를 이용해 다양하고 복잡한 형태를 가지는 중공형(中空形) 고분자 입자를 손쉽게 제조할 수 있는 기술을 구현했다고 밝혔다.


한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 구종민 박사 연구팀은 美 펜실베니아대(University of Pennsylvania)의 슈 양(Shu Yang) 교수팀과의 공동 연구를 통해 열팽창성 고분자 입자를 사용하여 충진(Packing)과 재밍*(Jamming) 공정을 통한 다양한 형태의 마이크로 입자와 매우 낮은 밀도를 가져 가벼운 중공 형태의 고분자 입자 제조 기술을 개발하였다고 밝혔다.

* 재밍 (Jamming) : 과립, 유리질, 거품, 에멀젼, 복합 유체 등의 재료가 그 밀도가 증가함에 따라 점도가 증가하는 현상


KIST 구종민 박사팀은 기존의 입자 제조의 문제점을 극복하기 위해 먼저 가열된 조건에서 스스로 팽창하는 특성을 가지는 팽창성 고분자 입자를 제조하였다. 연구진은 제조된 팽창성 입자를 원하는 형상의 주형(mold) 내에 결합(docking)시킨 후, 이를 가열하여 팽창시킴으로써 원하는 형태의 입자를 만들어내는 제조 공정을 활용하여 형태 및 밀도를 자유롭게 제어할 수 있는 마이크로 입자 제조 기술을 개발하였다. 연구진이 개발한 기술은 주형의 틀 형태 뿐 아니라 결합(docking)한 입자의 개수, 열팽창 온도 등의 조건을 적절히 제어하여 고분자 입자의 형태와 밀도를 자유롭게 구현 가능하다. 


KIST 구종민 박사는 “본 연구로부터 개발된 마이크로 입자의 제조 기술은 형태 및 밀도 제어가 용이할 뿐 아니라 입자의 표면에 정밀한 나노 패턴 구현과 같은 부가적 기능을 부여할 수 있는 플랫폼 기술로써 매우 뛰어난 확장성을 가진다.”고 밝혔다.


또한 구종민 박사팀은 전자파를 99.9%차단하는 신개념복합소재 개발(Nanoscale, 2017)에 성공하여 이번 연구결과와 연계한 고분자 중공 입자들을 전자파 차폐 및 열전도성 고분자 복합체의 최적 충진을 위한 필러 소재로써 적용하기 위한 후속 연구에 박차를 가하고 있다.


본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 KIST 기관고유사업, KU-KIST 스쿨(고려대-KIST융합대학원) 운영사업, 한국연구재단의 중견연구자사업을 통해 수행되었으며, 본 연구 결과는 국제 과학 저널인 ‘Nature Communications’(IF :  12.124)에 9월 28일자 온라인 판에 게재되었다.




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<그림설명>
 
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<그림 1> 열팽창성 입자의 도킹 및 팽창을 통한 입자 형태 제어

열팽창성 입자를 다양한 형태의 몰드 내에 도킹시키고, 온도를 높여 입자를 팽창시켜 다양한 형태의 고분자 중공입자를 제조하였다. 몰드의 형태 및 팽창 온도 (압력), 입자 개수를 조절하여 형상과 밀도를 제어한다.

 
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<그림 2> 열팽창 공정을 통한 마이크로 입자 표면에 나노 패턴 구현
열팽창성 고분자 입자의 형태 다양화 뿐 아니라, 이들의 팽창 공정을 이용하여 입자 표면에 다양한 나노 패턴을 전사하였다.
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