연구성과

POSTECH 연구팀, 표면 오염 및 김 서림을 방지할 수 있는 새로운 코팅 기술 개발

2020-07-29 450

[광학용 센서를 위한 초발수성 김 서림 방지 코팅 기술 개발]

최근 미래 자동차가 큰 관심을 받으면서, 자율주행차 또한 많은 이목이 집중되고 있다. 특히 자율주행을 위해선 전방 사물 인식 센서인 ‘라이다 LiDAR(Light Detection And Ranging)’가 자동차의 눈 역할로써 매우 중요하다. 라이다 LiDAR는 주행 경로뿐만 아니라 전방에 위치한 차량 및 사물과의 거리 등 다양한 정보를 인식하고 주행 속도 및 방향을 판단한다. 그런데 사물 인식 센서가 오염되거나 김 서림이 발생하면 어떻게 될까? 아무리 최첨단 기술이라도 무용지물이 되고 만다. 이런 센서의 사물 인식 문제를 해결할 수 있는 기술을 POSTECH 연구팀이 최근 개발해 업계의 관심을 끌고 있다.

화학공학과 이효민 교수, 김동표 교수, 통합과정 윤종선씨 연구팀은 나노 구조체 위에 마이크로 구조체를 구현함으로써 김 서림과 반사 방지 그리고 자가 세정이 동시에 가능한 새로운 표면을 선보였다. 이 연구성과는 재료공학 분야 세계 정상급 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’의 내부 표지(Inside back cover)로 최근 선정되었다.

일상생활에서 접할 수 있는 투명 디스플레이부터 미래 기술이 집약된 디지털 렌즈에 이르기까지 광학용 투명 기판이 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 기판들은 어떠한 환경에도 우수한 광학적 성질을 유지해야 하는데 김 서림 현상이나 잦은 접촉으로 인해 표면이 쉽게 오염될 수 있다.

이런 문제들을 해결하기 위해 김 서림 방지(Antifogging)와 자가 세정(Self-cleaning) 코팅 기술이 연구되고 있다. 하지만 두 가지 기능은 각각 서로 상반되는 표면 젖음 성질을 요구하기 때문에 이를 하나의 표면에 동시에 구현하는 데는 큰 걸림돌이 있었다.

연구팀은 물을 좋아하는 고분자-실리카 나노 복합체에 주목했다. 나노 복합체의 경우, 공기 중의 물 분자들이 모세관 응축 현상에 의해 모여들기 때문에 김 서림 환경에서도 투명한 채로 남아있다. 반면, 낮은 표면 에너지의 마이크로 구조체는 표면에 흡착되는 여러 오염 물질들을 외부 물방울에 의해 손쉽게 제거할 수 있도록 한다.

연구팀은 이러한 나노 구조체 위에 마이크로 구조체를 전사한 새로운 구조를 통해 김 서림 방지와 자가 세정이 동시에 되는 습식기반 초소수성*1 김 서림 방지 코팅(wet-style superhydrophobic antifogging coating)을 제안했다.

그 결과, 기저 나노 복합체를 통해 물 분자를 흡수하고, 불소계 고분자 패터닝*2을 통해 물방울을 반발함으로써 두 가지 상반된 기능이 동시에 가능한 것으로 확인됐다.

연구를 주도한 이효민 교수는 “이번 연구는 김 서림 방지 코팅을 제조하는 새로운 방법을 제시했다”며 “이 코팅 기술은 자율주행 자동차나 로봇 등 어떠한 환경에도 우수한 광학적 성질을 유지해야 하는 고부가가치 센서에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 신진연구지원사업과 전략형 국제공동연구사업, 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
 


1. 초소수성
물에 젖지 않는 성질

2. 패터닝(patterning)
기판에 원하는 모양의 구조를 형성하는 행위