학과소식

김형수 교수 연구팀, 커피링이 없는 디스플레이용 양자점 균일 코팅 기술 개발

관리자 2021.05.07

커피 한방울이 고체 표면 위에서 마르면 액적 표면의 상대적 증발율 차로 인해서 커피링 얼룩 자국이 남게 됩니다.

액적의 증발은 잉크젯 프린팅과 같은 기술에서 기능성 유연 재료의 균일 코팅이라는 문제와 직결된다. 최근 잉크젯 프린팅 기술은 단순 패턴 인쇄를 넘어 차세대 에너지 및 디스플레이를 포함한 전기전자소자의 융복합 생산시스템 기술에 활용되고 있습니다.
 
그동안 액적의 커피링 패턴을 제어하고 균일 마름자국을 얻기 위해서 계면활성제를 사용하거나 국부적인 표면장력 변화를 발생시켜 마랑고니 효과를 이용한 여러 방법들이 소개되어왔습니다.

특히, 우리 학과 김형수 교수는 박사후연구원 (프린스턴 대학 소속) 때부터 커피링을 효과적으로 제어하는 방법에 대한 연구를 해왔고, 2016년에는 위스키가 특이하게 마르는 현상을 규명하여 획기적으로 커피링을 없애는 연구를 해왔습니다(https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.124501). 하지만, 여전히 액적의 접촉선 위치에서의 커피링은 효과는 줄일 수 있으나 여전히 존재하고 있습니다.
 
  
<왼쪽부터. 김형수 교수, 편정수 석사과정>
 
김 교수 연구팀의 편정수 석사과정은 이성분 액적이 증발하는 공간을 한시적으로 밀폐시켜 커피링을 완전히 소멸시키는 연구 결과를 개발하였습니다. 해당 기술은 증발율이 다른 두 액체를 효과적으로 혼합하고, 먼저 증발되는 휘발성 액체의 몰분자량이 공기 보다 큼을 이용하여 밀폐된 공간에서 갇힌 휘발성 증기가 연속적으로 용질성 마랑고니 효과(Solutal Marangoni effects)를 일으켜 커피링을 완전히 사라지게 만드는 기술입니다.
 
 
김형수 교수는 “증발 물질을 잘 이해하고 물질전달 메커니즘을 활용하여 증발 시스템을 최적화하면 디스플레이 원료 퀀텀닷과 태양광패널 원료 페로브스카이트 와 같은 기능성 소자들을 대량생산이 가능한 잉크젯 프린팅 기술로 균일한 패터닝을 하는데 직접 적용 가능하다”라고 하였고, “지금 현재 해당 기술을 특허출원하였고 유연 디스플레이 소자에 적용하기 위해 연구를 진행하고 있다”라고 설명하였습니다.
 
해당 연구 결과는 국제적 권위 학술단체 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 저명학술지 Soft Matter(연성물질)지가 특별 기획한 ‘신진과학자 특집호’ (2021 Soft Matter Emerging Investigator Special Issue)에 초청되어 4월 7일자 표지논문으로 게재되었습니다.
 
(논문명: Uniform coating pattern of multi-component droplets in a confined geometry)
(DOI: https://doi.org/10.1039/D0SM01872D)