기계공학부/양자생명물리과학원 이진기 교수 연구팀(제1저자 이민기 박사)이 자연모사 기술을 이용하여 3차원의 물 수송 다이오드 표면을 개발했다고 밝혔다. 레이저 가공 기법을 이용해 제작의 용이성을 확보했으며, 3차원 구조를 이용해 세계 최고 성능의 물 수송 다이오드 표면을 개발한 것이다.

물방울을 표면에 떨어뜨렸을 때 한쪽 방향으로만 물을 수송하는 표면을 다이오드 표면이라고 한다. 기존에는 lithography 공정 혹은 3D printer를 이용해 물 수송 다이오드 표면을 제작해왔으나, 낮은 물 수송 성능과 복잡한 제작 과정의 단점이 있었다. 이를 극복하고자 새로운 형태의 표면 구조 및 제작 방법에 대한 연구가 진행되어 왔으나, 수송 성능과 표면 제작 용이성 두 가지 모두 높이는데 어려움이 있었다.

이에 연구진은 자연에서 힌트를 얻었다. 사막도마뱀과 벌레잡이통풀의 표면 구조에서 발생하는 모세관력을 이용하여 물을 수송하는 원리 및 표면 구조의 지형적 특성을 이용하여 물을 한 방향으로만 이동하게 만드는 원리를 적용해, 빠른 물 수송 성능을 갖는 새로운 형태의 3차원 다이오드 표면을 제작했다. 

3차원 다이오드 표면은 V-홈으로 이루어진 쐐기 구조이다. 연구진은 V-홈에서 발생하는 강한 모세관력을 활용해 물 수송 속도를 증가시키고, 쐐기 구조를 활용해 물이 한 방향으로만 이동하게 했다. 또한 3차원 다이오드 표면은 레이저를 이용해 가공하기에 다양한 물질에 손쉽게 제작할 수 있다.

이진기 교수는 “3차원 물 수송 다이오드 표면은 기존의 다이오드 표면에 비해 월등한 성능과 용이한 제작방법을 바탕으로 미세유체 칩과 수분 수집에 적용 가능한 원천 기술로 활용 가능하다”라고 밝혔다. 

본 연구는 연구재단 중견연구 유형2(2020R1A2C3010568)와 환경부 생태모방기반환경오염관리기술개발(2019002790003)의 지원을 받았으며, 세계적인 학술지인 Advanced Functional Materials(IF=16.836)에 3.20(토) 온라인 게재되었다.

※ 논문명: “Enhanced Liquid Transport on a Highly Scalable, Cost‐Effective, and Flexible 3D Topological Liquid Capillary Diode”

동식물의 표면 구조를 응용한 대면적 무동력 유체 수송 시스템