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한양대학교 기계공학부 소홍윤 교수 연구팀은 폴리머의 경화 온도와 비율만을 조절하여 기존 폴리머의 표면 성질을 유지하며 패턴을 복제하는 기술을 세계 최초로 개발하였다. 복제된 패턴을 화학 물질 탐지를 위한 센서 및 액츄에이터로 활용하여 세계적으로 권위 있는 저널인 “Sensors & Actuators B: chemical (IF: 9.221, 상위 2%)”에 논문을 게재하였다. 이번 연구는 학생가치창출 지능형기계 전문인력양성 교육연구단에 참여하고 있는 기계공학부 소홍윤 교수(교신저자)와 성재범 박사과정생(제1저자)이 주도적으로 수행하여 결과를 도출하였다.

전 세계적으로 기능성 표면 연구가 활발하게 진행되고 있으며 기능성을 부여하기 위해 표면 패턴을 복제하는 기법들이 많이 사용되고 있다. 기존 polydimethylsiloxane(PDMS)를 이용하여 패턴을 복제하는 이중주조 방식은 물질 증착이나 플라즈마 공법으로 진행되고 있으나 이 방식들은 다양한 장비 사용과 공간적 제한이 있으며 기존 폴리머의 표면 성질을 변형시킬 가능성이 있다. 하지만 본 연구팀이 개발한 방식은 PDMS의 경화 온도와 경화 비율만을 조절하여 기존 폴리머의 표면 성질을 유지하면서 이중 주조를 성공적으로 구현하였다. 또한, 온도에 의한 열 변형을 최소화하기 위하여 비교적 낮은 온도에서 공정이 진행되며 가열판과 폴리머만을 사용한다는 장점이 있다.

본 이중주조 방식으로 애벌레 움직임을 모사한 표면적 구배가 있는 액츄에이터를 제작하였다. PDMS의 화학물질에 의한 팽윤 성질을 이용하여 아이소프로필 알코올(IPA)과 아세톤을 구분하여 화학물질 탐지성능을 검증하였다. PDMS에 흡수되고 증발되는 과정에서 물질 간 거동시간을 이용한 탐지법이다. 본 연구를 통해 화학물질에 따라 팽윤되는 정도가 다른 폴리머를 사용하여 다양한 화학물질을 탐지하는 센서로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.