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새로운 인공 점착 시스템
문어 흡입 컵에 있는 돔과 같은 돌기에 영감을 받은 인공 점착 시스템이 개발되었습니다. *에어 트랩 기술을 활용하여 표면 구조를 생성하고, 돔 모양 구조를 통해 흡착력을 강화합니다.
이러한 점착제는 건/습식 환경에서 강력하고 가역적인 점착이 가능하며, 표면 오염 없이 대형 *실리콘 웨이퍼를 공기 및 수중에서 운반할 가능성을 보여줍니다.
* 에어 트랩: 구멍 (Cavity) 내에 공기가 외부로 빠져나가지 못해 갇히는 현상
* 실리콘 웨이퍼: 반도체 집적회로 핵심 재료로 원형의 판을 의미
핵심 기술
문어 돔 모양 돌기 구조를 모사하였습니다. 이는 복잡한 화학적 합성이 필요하지 않으며, 습기가 있는 비평면 표면에서도 쉽게 탈부착할 수 있습니다.
패치 제형
폴리우레탄-아크릴레이트 (s-PUA) 기반 고분자를 활용하여 문어 기반 구조 (OIA)를 제작했습니다. 낮은 통기성을 갖고 있어 건/습식 상태에서 점착력이 향상됩니다.
* OIA: Octopus Inspired Architecture
기술 응용 분야
아크릴 기반 화학 점착제와 실리콘 기반 고분자 재료는 웨이퍼 표면에 미세한 오염물이나 먼지를 남길 수 있지만, s-PUA 기반 OIA 점착제는 오염이 발견되지 않는 청정 점착제입니다.
따라서 OIA는 다양한 건/습식 환경에서 오염 없이 반도체를 제조하는 데 사용될 수 있습니다.
효과
1) 구조
조건 1) 4가지 미세 구조: OIA, 구멍 뚫린 원기둥, 원기둥, 원기둥 구멍.
조건 2) preload (10 ~ 35 kPa) 및 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.
그 결과 최대 preload는 35 kPa였고, OIA 배열로 이루어진 점착 패치는 건/습식 환경에서 preload가 증가함에 따라 빠르게 점착 힘을 증가시켰습니다.
* Preload: 본 패치를 수직방향으로 누르는 힘
2) 반경
조건 1) 반지름 크기: 15 ㎛, 50 ㎛, 150 ㎛, 500 ㎛.
조건 2) 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.
그 결과 건/습식 환경에서 반경이 50 ㎛인 구조가 가장 높은 점착 힘을 나타냈습니다.
시사점
OIA 점착제를 사용하여 문어 흡착 돌기 표면 메커니즘을 위한 간단한 모델을 제안했습니다. OIA 돔 구조가 습한 상태에서 에너지 소비 없이 액체 분자 간의 응집력을 생성하기에 최적입니다. 이러한 특성을 활용하여 습한 피부나 상처 부위에 적용할 수도 있습니다.
문어 흡착 돌기의 구조가 건/습식 환경과 표면 굴곡, 거칠기에 상관없이 표면에 붙어 있는 점을 집중 관찰했습니다. 우수한 부착 특성은 문어 다리에 존재하는 미세한 3차원 돔 구조가 물리적으로 음압을 형성하여 환경과 표면 특성에 상관없이 부착할 수 있다는 내용을 이론적, 실험적 연구 수행을 통해 원리 규명을 했습니다.
문어의 3차원 돔 구조는 기존 아크릴계 점착제와 달리 습한 피부나 물이나, 실리콘 오일 속 등 다양한 환경에 있는 물건에 우수한 점착력을 유지하는 것을 확인하였고, 1만회 이상의 반복적인 탈부착 시험에서도 성능을 유지했습니다.
또한 아크릴계 점착제와 달리 물리적인 음압을 통한 점착력이기 때문에 끈적이는 화학적 잔류물이 피부에 남지 않아 소비자 친화적인 점착 패치입니다.
