세척기에서 고성능 코팅기로… 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’에 연구 성과 게재

전북대학교(총장 김동원) 김태욱 교수(유연인쇄전자전문대학원) 연구팀이 초음파를 이용해 복잡한 3차원 구조의 기판에도 균일하고 정밀한 단층 나노필름을 형성할 수 있는 혁신적인 코팅 기술을 개발했다. 해당 성과는 세계적 재료과학 저널 『Advanced Materials(IF=27.4)』 2025년 최신호에 게재되며 주목받고 있다.

이번 연구는 단순 세정 도구로 인식되던 초음파 세척기의 활용을 ‘고성능 나노소재 코팅 플랫폼’으로 재정의한 기술 혁신 사례로 평가된다.

연구팀이 개발한 기술은 용액 속에 2차원 단결정 구리 나노시트(Cu NS)와 대상 기판을 함께 담고 초음파를 조사하는 방식으로, 기판 위에 자가조립된 단층 전도성 필름을 형성한다. 이 과정은 초음파로 생성된 마이크로 캐비테이션(cavitation) 현상—즉, 미세 기포의 폭발적 붕괴—을 기반으로 한다. 붕괴 에너지가 나노시트를 고속으로 밀어내면서 기판 표면에 강하게 부착되며, 이때 나노시트의 단일결정 구조는 반데르발스 힘을 극대화하여 매우 안정적인 접착력을 형성한다.

마스크 없이 정밀 패터닝까지… 3D 구조에도 균일 코팅 가능

김태욱 교수팀은 이 기술을 통해 마스크 공정 없이도 나노 수준의 정밀한 패턴을 형성하는 데 성공했으며, 유리 모세관 내부에 구리 나노시트 필름을 정밀하게 코팅해 3차원 튜브형 발열체도 제작했다. 해당 발열체는 단 2.5V의 저전압으로 60°C 이상의 발열 성능을 구현하며, 웨어러블 기기, 유연 전자소자, 바이오 히터 등 다양한 응용 가능성을 입증했다.

기존의 증착이나 포토리소그래피 기반 나노소재 코팅 방식은 공정이 복잡하고 비용이 높았으나, 이번 기술은 초음파만으로 간단히 구현할 수 있어 생산성과 범용성 측면에서 뛰어난 경쟁력을 갖췄다.

김 교수는 “이번 연구는 일상적인 실험 장비인 초음파 세척기를 정밀 나노공정 장비로 전환한 대표적 기술 확장 사례”라며 “단결정 구리 외에도 은(Ag) 등 다양한 2차원 금속 나노소재에 적용 가능한 범용 코팅 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 국가전략기술소재개발사업, 나노커넥트사업, 과학기술사업화진흥원의 학연협력 플랫폼 구축사업의 지원으로 수행되었으며, 전북대학교·KIST 전북분원·부산대·전남대 공동연구팀의 협력으로 이뤄졌다.

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