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연구개요
소수성 표면은 소재산업에서 젖음 거동(wetting behavior)을 효과적으로 제어할 수 있어 피복 의료 등 산업, 공학적으로 그 중요성이 부각되고 있다. 그리고 제조분야에서는 적층 제조(additive manufacturing)인 3D 프린터를 이용함으로써 제조방식이 혁신되고 있다. 따라서 활용도가 높은 소수성 표면의 가공에 제작성이 뛰어난 3D 프린터를 활용하는 방법 및 기존 소수성 표면의 중요 인자들을 파악하려고 하였다.

연구 목표대비 연구결과
3년의 연구기간 동안 3D 프린터를 이용한 초소

연구개요
소수성 표면은 소재산업에서 젖음 거동(wetting behavior)을 효과적으로 제어할 수 있어 피복 의료 등 산업, 공학적으로 그 중요성이 부각되고 있다. 그리고 제조분야에서는 적층 제조(additive manufacturing)인 3D 프린터를 이용함으로써 제조방식이 혁신되고 있다. 따라서 활용도가 높은 소수성 표면의 가공에 제작성이 뛰어난 3D 프린터를 활용하는 방법 및 기존 소수성 표면의 중요 인자들을 파악하려고 하였다.

연구 목표대비 연구결과
3년의 연구기간 동안 3D 프린터를 이용한 초소수성 표면 제작과 관련하여 연차별 목표를 설정하여 연구를 진행하였다.
◆ 1차년도는 100 마이크로미터 수준의 분해능을 갖는 SLA(Stereolithography Apparatus)와 DLP(Digital Light Processing) 장비를 통한 같은 형상의 표면 제작 시, 제작 성능을 비교하고 적절한 제조 방안을 제안하고자 계획하였다.
▷ 적층 제조 기술의 종류를 파악하여 그 중에서 광경화성 수지(Photo-curable resin)을 이용하는 SLA와 DLP방법이 소수성 표면의 제작하는 적합한 방법임을 확인하고 공정에서 광경화성 수지의 종류와 구조물의 형태에 따라 적절한 Slice thickness와 Exposure time이 존재한다는 것을 파악하였다. 그 결과 100마이크로 미터 수준의 구조물로 소수성 표면을 제작하기 위해서 3가지 광경화성 레진에 대한 적절한 공정 범위를 찾았다.
◆ 2차년도는 기존의 식물 등에서 소수성 특성을 나타내는 인자를 기하학적 형상으로 변환하여 초소수성 표면을 설계하고자 계획하였다.
▷ 소수성 표면과 관련된 Lotus effect(연잎 효과), Salvinia effect(생이가래 효과), Petal effect(꽃잎 효과) 중에서 생이가래 및 다육 식물에 대해서 SEM 촬영을 통해 그 형상을 모방하거나 이용하여 소수성 표면을 제작하고 광학 현미경을 통해 제작성을 평가하고 접촉각 실험을 통해 소수성의 특성을 평가하였다.
◆ 3차년도는 1~2년차에 제시된 표면 형상에서 나노 입자나 CNT(Carbon Nano Tube)를 레진과 혼합하여 표면의 조도를 개선함으로써 초소수성을 개선하고자 계획하였다.
▷ 3차년도는 2차년도 말부터 시도한 CNT와 광경화성 레진의 혼합하여 소수성 표면을 제작하는 실험에서 문제점이 많으며 소수성을 평가하는 접촉각 실험에서 물방울이 터지는 등의 문제점으로 연구의 계획을 수정하였다. 3차년도에서는 3D 프린터로 소수성 표면을 제작하는 과정에서 배열과 간격의 변화에 의한 소수성 변화에 대해 비교하였고 또한 CFD를 이용하여 젖음성 평가를 위한 해석 기법을 찾고자 하였다.
연구 결과 같은 형상이라도 엇갈린 배열과 간격을 적절히 조절하면 소수성에서 차이가 크게 발생하고 그에 따른 적절한 공정 조건도 달라진다. 또한 CFD를 이용한 젖음성 평가에서는 VOF(volume of fluid) 방법을 이용하여 해석이 가능함을 확인하였고 주요 설계인자의 변화에 의한 젖음성 평가는 추가적으로 연구가 필요하다.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
소수성 표면 제작에서 적층제조인 3D프린터를 활용하는 방법에 관한 기초 연구자료로 다음과 같은 결과를 제시하였다.
1. 소수성 표면 제작을 위해서는 적층 제조 기술 중 광경화성 수지를 이용하는 SLA와 DLP가 효과적이다.
2. 광경화성 수지를 이용하여 소수성 표면을 제작하는데는 수지의 종류와 기하학적 형상에 대한 적절한 Slice thickness와 exposure time의 범위를 제시하였다.
3. 생기가래 형상을 모사하여 소수성 표면 제작에 기여하는 기하학적 형상을 3D 프린터로 구현하였다. 제작과정에서 미세 구조물의 배열과 간격에 의한 소수성의 정도를 평가하였다. 그 외에 CFD로 젖음성 평가를 위한 해석 모델을 제시하였다. 3D 프린터의 분해능이 더 발달한다면 관련 연구 결과는 자연모사를 통한 소수성 표면 제작 시, 유용한 정보로 활용이 될 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 26