▲ 연구를 이끈 문명운 박사와 나노돌기 유리 제조법과 구조- a)투명박막을 코팅한 후 CF4 플라즈마로 부식공정 진행 b)금속 나노점의 자가 배열이 진행되고 부식이 동시 진행돼 나노구조가 형성되는 모습. c)금속 나노점은 공정이 끝난 후 물로 쉽게 제거해 초친수표면 제작. 그 후에 표면에너지가 낮은 DLC 박막을 코팅 해주면 초소수성도 부여 가능하다..

유리에 나노돌기를 간단하고 친환경적으로 만들어 기능성 유리를 제작하는 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

자연의 연꽃잎이나 나방 눈의 나노돌기를 기능성 유리에 적용하는 것인데, 수분을 튕겨내거나 어두운 곳에서 시각을 확보해주는 김서림 방지 유리나 안경, 후방 카메라 등 다양한 기능성 유리에 응용이 가능할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계산과학연구센터 문명운 박사 연구팀은 유리에 나노돌기 형상을 쉽고 간단한 방법으로 제조할 수 있는 기술을 개발했으며 이를 김서림 방지나 초발수 특성을 가지는 안경, 자동차용 백미러나 후방카메라 같은 곳에 적용했다고 밝혔다.

자연에 존재하는 연꽃잎이나 소금쟁이의 발, 건조한 사막에서 물을 포집해 수분을 섭취하는 나미브 비틀, 어두운 밤에 적은 빛으로 사물을 구별 할 수 있는 저반사 표면의 나방 눈 등의 공통점은 표면에 나노 돌기들이 존재한다는 것이다.

이런 나노돌기 표면을 활용하면 김이 서리지 않는 안경이나 물이 묻지 않는 렌즈 등의 유리를 만들 수 있다. 또한 강한 안개나 어두운 곳에서도 앞이 잘 보이는 자동차 유리도 제작이 가능하다. 자동차용 백미러에 나노돌기를 만들면 비오는 날에 거울을 닦을 필요가 없고 야간 운전시 헤드라이트 반사불빛에도 시야 확보가 가능하다.

나노돌기를 유리 표면에 제작하기 위해 다양한 방법들을 사용했는데 공정이 복잡하거나 내구성이 낮거나, 유해한 물질을 사용하는 등의 단점이 있었다. 유리의 모양을 만들고 강도를 향상시키기 위해 첨가하는 알칼리 금속들이 나노돌기가 형성되는 것을 방해하기 때문이다.

연구팀은 유리 위에 투명한 막(SiO2)을 미리 코팅해 플라즈마로 표면을 부식시키는 공정 도중에 투명 막 위에 나노 점들이 자가 배열되도록 유도했고, 이렇게 배열된 점들이 기존 표면과의 부식속도 차이를 유발해 유리 표면에 나노구조를 형성하게 만들었다.

개발된 방법은 기존 마이크로 금속입자를 이용하는 유리 패턴 제작 방법 대비 공정 과정을 몇단계 줄이고, 금속입자를 환경에 유해한 강산용액을 통해서 제거해야 하는 후처리 공정을 친환경적인 수처리 공정만으로 가능하게 했다. 또한 이와 같이 제조된 나노돌기들은 유리위에 첨가된 것이 아닌 유리 자체의 구조이므로 내구성이 뛰어나 오랫동안 기능성을 유지할 수 있다.

연구를 주도한 문명운 박사는 “내구성이 높은 기능성 유리를 쉽게 만들 수 있게 됐다는데 본 연구의 의의가 있다”며, “기능성 유리제품에 대한 수요가 높은 만큼 활용도가 매우 높을 것으로 보인다”고 밝혔다. 또한 “이러한 나노 돌기 제작 공정은 평면 뿐아니라 곡면 유리나 렌즈에도 적용 가능하기 때문에 비구면 렌즈나, 안경, 곡면 TV, 모바일용 등 3차원 구조의 유리에 활용할 수 있을 것이다”고 말했다.

본 연구는 KIST 미래원천 사업과 산업부 산업융합원천 과제에서 지원됐으며 연구 결과는 Scientific Reports 3월20일자에 게재됐다.