초록 ▼

연구개요
나노 수준의 초박막 두께에서도 장기간 높은 안정성을 갖는 이온성 고분자 초박막 물질을 설계하고 이에 대한 물질 라이브러리를 확보하여, 결함 없이 균일하게 초박막화 할 수 있는 기반 기술을 확보함. 특히 본 기술을 통해 멤브레인, 세포 배양용 기판, 종이 등 다양한 기재의 bulk 특성에 손상을 주지 않으면서도 표면 특성을 독립적으로 개질할 수 있는 플랫폼을 개발하였으며, 본 기술을 통해 표면 전하를 정밀하게 조절하여 적용 분야에 맞게 조성을 효율적으로 최적화할 수 있었음. 초박막 두께에서 안정성을 가지며 표면 전하를

연구개요
나노 수준의 초박막 두께에서도 장기간 높은 안정성을 갖는 이온성 고분자 초박막 물질을 설계하고 이에 대한 물질 라이브러리를 확보하여, 결함 없이 균일하게 초박막화 할 수 있는 기반 기술을 확보함. 특히 본 기술을 통해 멤브레인, 세포 배양용 기판, 종이 등 다양한 기재의 bulk 특성에 손상을 주지 않으면서도 표면 특성을 독립적으로 개질할 수 있는 플랫폼을 개발하였으며, 본 기술을 통해 표면 전하를 정밀하게 조절하여 적용 분야에 맞게 조성을 효율적으로 최적화할 수 있었음. 초박막 두께에서 안정성을 가지며 표면 전하를 제어할 수 있고, 친수성 특징을 가지도록 할 수 있는 등의 특성을 활용하여 에너지 소자, 의료용 소자 및 기능성 분리막 등의 다양한 분야에 적용함으로써 소자 성능을 향상시키고, 여태껏 개발되지 못했던 신개념의 응용 분야를 발굴하고자 함.

연구 목표대비 연구결과
이온성 고분자 물질 선정을 위한 단량체 물질 라이브러리 확보 [달성도: 100%]. 양이온, 음이온 또는 양쪽성 이온 기능기를 생성할 수 있는 단량체 라이브러리 확립하였으며, iCVD 공정과 Menshutkin 반응, Ring opening 반응, 다양한 종류의 가교제를 적용하여 가교 반응 설계함. 또한, 황산 작용기 도입을 위한 신규 기상 합성 공정 및 CO2 유래 단량체를 활용한 생분해성 고분자 합성을 위한 신규 공정 개발.
이온성 고분자 박막 증착 조건 확립 및 화학적, 전기적, 기계적 특성 평가 [달성도: 100%]. 기상 공정을 활용하여 이온성 고분자 합성 시, 각 단량체의 유량 제어를 통해 공중합체의 표면 전하를 성공적으로 조절할 수 있음을 확인하고 증착 조건을 확립함. 기상 공정을 활용하여 합성한 이온성 고분자에 대하여, XPS와 FT-IR을 통해 화학적인 특성 분석을 진행함. 합성된 공중합체의 이온 가교도 조절을 통해 고분자 필름의 점탄성, 유리 전이온도 등 기계적 물성을 성공적으로 조절할 수 있음을 확인.
다양한 변수를 조절하여 이온성 고분자 박막의 물성 최적화 [달성도: 100%]. 수 내지 수십 nm 단위의 초박막 두께에서도 장기간동안 높은 안정성을 갖는 이온성 고분자 물질을 성공적으로 합성함. DMAEMA와 CEA의 이온성 고분자에 열 경화 과정을 도입하였을 때, 이온 가교도를 증가시킬 수 있음을 확인함.
고분자 소재 라이브러리 확보 [달성도: 100%]. 단량체 물질의 정밀한 조성 제어를 통해 다양한 물성의 10 종의 고분자를 확보하였으며, 화학적 분석으로 작용기 손상 없이 중합을 유도할 수 있음을 확인함.
개발된 이온성 고분자 박막을 다양한 분야에 적용 [달성도: 100%]. 1) 의료용 소자 VBC와 DMAEMA 고분자 내 4차 암모늄 그룹이 박테리아의 세포막을 효과적으로 파쇄하는 항균성 능력이 탁월함을 확인함. 2) 기능성 분리막 (핵산 분리 플랫폼) 양이온성 고분자 박막인 pDMAMS를 도입하여 핵산을 효과적으로 분리해 낼 수 있는 기능성 분리막 플랫폼으로 활용함. 3) 에너지 소자 Li-S 배터리 분리막에 극성을 가지는 VIDZ를 도입하여 Li-S 배터리의 안정성을 향상시킴. 4) 초박막 이온성 접착제 DMAEMA 와 CEA의 Menshutkin 반응을 통해 나노 수준의 박막으로 유연 기판에 적용되어 500 nm의 매우 얇은 박막 두께에서 매우 강한 박리 강도와 전단 강도를 가진 가교 가능한 접착제 합성. 5) 인간 신경줄기 세포 배양 플랫폼 개발 4차 암모늄을 함유한 DMAEMA와 GMA 양이온성 공중합체 박막을 합성하여 인간 신경 줄기세포를 효과적으로 배양할 수 있는 배양 플랫폼을 개발. 6) 유기 박막 트랜지스터 기반 비휘발성 메모리 수산기를 보유한 극성 고분자를 활용하여 유기 박막 트랜지스터 기반 비휘발성 메모리의 새로운 제작 방식을 고안함. 7) 기능성 고분자를 활용한 비온도감응형 세포시트 수확 플랫폼 개발 고분자 박막을 배양기판에 코팅하여 표면 자유 에너지를 조절함으로써, 세포와 배양기판 사이의 부착력을 정밀하게 제어할 수 있는 신개념 표면개질 플랫폼 기술을 개발을 통해 빠른 시간에 온도 변화 없이 세포의 손상을 극소화한 형태로 세포 시트를 회수할 수 있음. 8) sCVD 공정을 통한 초고굴절률 고분자 합성 세계 최초로 기상 황을 이용한 sCVD 공정을 활용하여, 액상 공정에서 할 수 없었던 고분자 내 황 결합 길이의 정교한 조절을 통하여 1.9 이상의 초고굴률을 가지면서 가시광선에서 완전히 투명한 고분자를 one-step으로 합성에 성공함.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
신기술 개발 촉진 및 새로운 연구 분야 창출: iCVD 공정의 장점을 활용하여 기존의 방식으로는 불가능했던 다양한 형태의 이온성 고분자의 새로운 합성 방안을 제시하고 이를 통해 지금껏 존재하지 않았던 신규물질 발굴이 가능함. 또한, 이온성 고분자를 초박막 형태로 증착함으로써 계면 공학 측면에서 기존의 방식으로는 제어가 불가능했던 표면 물성을 설계할 수 있는 플랫폼을 제공하여 bulk에 끼치는 영향을 최소화하면서도 각 분야별 맞춤형 표면 물성의 설계를 가능하게 할 것으로 기대됨. 무엇보다도, 기존에는 존재하지 않았던 새로운 응용 분야를 발굴할 수 있을 것으로 기대됨.
원천 기술 개발 및 확보: 기상 공정을 통한 이온성 고분자 물질 합성 및 증착은 기존 액상 공정에서 완전히 벗어나 이 분야에 대한 원천 기술 확보에도 결정적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대됨. 기업과의 협업을 통해 새로운 형태의 이온성 단량체 물질을 설계하고 이를 기상 공정으로 합성함으로써 원천성이 있는 신규 물질 라이브러리를 구축하고 이에 대한 기술 이전 역시 예상됨.
새로운 형태의 제품 개발을 위한 기반 공정 기술로의 확장:이온성 고분자 박막을 통해 에너지 소자, 의료용 소자, 기능성 분리막 분야에서 지금까지는 존재하지 않았던 새로운 형태의 제품 개발에 필수적인 돌파구 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대됨. 본 과제에서 개발하고자 하는 기상 공정을 통한 이온성 고분자 코팅 기술은 추후 나노 코팅 시장의 기반 기술이 될 수 있으므로 현재 미국, 일본, 유럽 등의 외국에서 독점하고 있는 공정 기술을 뛰어넘는 원천 기술로 발전할 가능성이 있음.

(출처 : 요약문 2p)