디스플레이용 반사방지 필름과 나노 구조 표면을 이용하는 센서용 고분자 기판 제조를 위한 원천 기술이 개발됐다.

한국기계연구원 부설 재료연구소(이하 KIMS) 나노표면연구실 김도근 박사 연구팀은 '롤투롤(roll-to-roll) 이온빔 표면처리 기술'을 이용해 고분자 필름 표면에 나노 구조를 형성하는 기술을 개발했다.

수십∼수백 나노미터 크기의 표면 구조를 지닌 고분자 필름은 일반적으로 마스크 패턴을 이용한 식각(etching·화학용액 부식작용이나 가스를 이용한 표면가공 방법)·임프린팅(찍거나 새기는 행위) 등의 공정으로 제조된다.

하지만, 제작 공정이 복잡하고 제조 면적 확장에 한계가 있을뿐더러 그 비용이 높아 다양한 분야에 적용이 어려웠다.

연구팀은 오랫동안 3킬로전자볼트(keV) 이하급 이온빔이 고분자 필름 표면의 수십∼수백 나노미터 깊이에 전달하는 에너지를 조절해 고분자 필름 표면 결합을 제어하는 연구를 해왔다. 이 과정에서 이온빔 특성진단 기술을 기반으로 이온-고분자 간 반응을 예측하는 이론모델을 개발했다. 이로써 마스크 패턴 없이 나노 구조를 직접 형성하는 자가 나노구조화 이온빔 기술을 개발하는 데 성공했다.

이온빔 처리로 제조된 나노표면 고분자 필름은 필름 원소재보다 3% 이상의 투과도 향상, 나노 구조를 이용한 초발수화와 자가세정 기능화, 폴리머 소재 선택에 따른 주름·구멍·돌기 구조 형성을 할 수 있다. 중기능성 나노 표면 고분자 필름 제품을 값싼 가격으로 대량 생산할 수 있는 게 장점이다.

연구팀은 자가 나노구조화 이온빔 표면처리 기술 상용화를 위해 대량생산, 저가 공정 개발을 할 수 있는 '롤투롤 이온빔 표면처리 기술'을 사용했다.

이 기술은 두루마리 휴지처럼 회전축에 감긴 고분자 필름이 풀리면서 이온빔 처리가 되고, 다시 롤에 감겨 표면 처리를 끝내는 방식이다. 롤투롤 공정을 적용하면 표면처리 폭이 최대 2~3m급으로 확장된다.