A wet-tolerant adhesive patch inspired by protuberances in suction cups of octopi

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Research Article

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#자연 모사 #문어 #흡입 컵 #돔 #인공 점착 시스템 #에어 트랩 기술 #실리콘 웨이퍼 #수중 운반 #s-PUA #OIA #반도체 #피부 상처


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.

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