세계에서 가장 작은 3μm 산화아연 마이크로닷 어레이 구현 성공

물리학과이진호교수님

인천대학교 물리학과 이진호 교수팀이 잉크젯 인쇄 기술을 이용하여 세계에서 가장 작은 3μm 직경의 산화아연 마이크로닷 어레이를 구현하는 데 성공했습니다. 이 연구는 잉크젯 인쇄된 드랍렛의 기하학적 구조에 따른 내부 미세유체 거동과 고체화 메커니즘의 상관관계를 분석한 결과로, 추가적인 리소그래피 공정 없이 제작이 가능하다는 점에서 큰 주목을 받고 있습니다. 이진호 교수팀은 이번 연구에서 드랍렛의 접촉각에 따른 내부 유체거동의 차이를 분석했습니다. 접촉각이 작은 드랍렛에서는 바깥 방향의 대류 흐름이 우세하여 커피링 효과가 강하게 나타나는 반면, 접촉각이 큰 드랍렛에서는 마랑고니 흐름이 강화되어 커피링 효과가 억제된 소형화된 마이크로닷 구조를 형성함을 확인했습니다. 연구팀은 기판의 표면 에너지 및 온도 제어를 통해 드랍렛의 초기 접촉 면적을 최소화함으로써 미세화된 산화아연 마이크로닷 어레이를 구현했습니다. 연구 결과에 따르면 이러한 마이크로닷 어레이는 유기 태양전지에 적용될 수 있습니다. 마이크로닷 어레이에 의한 광학적 효과로 인해 태양전지의 광활성층 내 흡수가 증대되어 효율이 향상되는 것이 확인되었습니다. 이진호 교수는 "이번 연구는 건조 과정 제어를 통해 잉크젯 인쇄의 장애물인 커피링 효과를 억제할 수 있을 뿐만 아니라 초기 드랍렛에 비해 훨씬 더 작은 마이크로닷 구조를 구현할 수 있었다"며 "잉크젯 인쇄 기술이 발전하면 나노 사이즈의 구조체도 손쉽게 구현하여 다양한 광소자에 응용할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔습니다. 본 연구는 광주과학기술원 강홍규 박사, 한국화학연구원 홍순일 박사 연구팀과 공동으로 수행되었으며, 재료 및 금속공학 분야의 국제 학술지인 Journal of Materials Research and Technology에 게재되었습니다. 이진호 교수팀은 향후 잉크젯 인쇄 기술을 통해 나노 사이즈의 다양한 구조체를 구현하고, 이를 통해 다양한 광소자 및 첨단 전자기기 응용 가능성을 확인하고자 합니다. 또한, 추가 연구를 통해 지금보다 더 높은 효율의 태양전지 개발 및 상용화를 목표로 하고 있습니다.

잉크젯 인쇄된 드랍렛의 내부 미세 유체 거동과 고체화된 마이크로닷의 기하학적 구조