KIC News, Volume 12, No. 6, 2009 19

기획특집 생체모방기술－

생체모방 기능성 표면의 제조와 응용

방 창 현ㆍ서 갑 양*,†

서울 학교 기계항공공학부, *WCU 멀티스 일 기계 디자인 로그램

Fabrication and Applications of Biomimetic Functional Surfaces

Changhyun Pang and Kahp-Yang Suh*,†

School of Mechanical and Aerospace Engineering

*WCU program for Multiscale Mechanical Design, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea

Abstract: 자연모사공학의 다양한 연구 분야 , 연꽃잎의 소수성, 게코도마뱀의 착성과 같은 기능성 표면을 모

사하여 재 하려는 연구가 세계 으로 활발히 진행되고 있다. 우리 일상생활에 한 연 을 가지고 있는 표면의 소수

성 친수성 성질의 제어는 매우 요한 물리 특성이며 높은 경제 인 잠재성을 가지고 있다. 한, 게코도마뱀의

나노구조를 이용한 신개념 착방식은 높은 착력, 쉬운 탈착 오염 없는 착 특성 등의 많은 장 과 함께 다양한

연구가 보고되고 있다. 생체모방 기능성 표면을 제조하기 해 많은 연구진들은 마이크로/나노 병합 구조의 이론

근, 재료 공정 기술을 개발하여 자연을 보다 완벽히 모사하기 해 노력해 왔다. 본 논문에서는 최근 발표된 생체모

방 기술을 고찰하여 소수성 건식 착성 시스템의 제조와 그 응용에 해 정리하 다.

Keywords: biomimetics, lotus, superhydrophobic surface, gecko, dry-adhesive

1. 서 론1)

자연모사공학(Biomimetics)은 자연계의 최

화된 구조나 메커니즘, 시스템 등을 공학 인

방법으로 모사하여 경제 인 가치를 추구하는

학문 분야로 정의할 수 있으며, 최근 나노기술

을 이용하여 자연의 최 화된 기능을 모방하

고 응용하려는 연구가 활발히 이루어지고 있

다. 산우엉 씨앗의 형태를 모사하여 만든 벨크

로와 상어비늘을 모방하여 물의 항을 최소

화하고 수 운동 속도를 증가시키는 신수

복 등이 생체모방공학의 성공 인 라고 할

수 있다. 최근 나노 기술의 발 과 더불어 자

연모사공학을 이용한 기술 개발을 통해 기존

기술이 가지고 있지 않은 새로운 개념의 신

기능성 소재를 개발하고, 이를 우주산업 국

방 산업으로까지 응용하고자 하는 노력이 활

†주 자(E-mail: sky4u@snu.ac.kr)

발히 진행되고 있다. 이는 이 분야의 연구가

재의 기술에 새로운 돌 구를 마련해 커

다란 가능성을 가지고 있으며, 동시에 높은 경

제 잠재력을 가지고 있음을 보여 다. 나아

가 자연모사기술은 직 인 경제 이익뿐만

아니라 기존의 나노기술 바이오 기술과

한 계를 가지며 신개념의 미래 기술연구

산업 제품개발에 큰 역할을 할 것으로

기 된다.

자연모사공학 에서도 연꽃잎의 소수성,

게코도마뱀의 건식 착성과 같은 기능성 표면

을 모사하여 재 하려는 연구가 최근 많은

심을 받고 있다. 특히, 표면의 소수성 친수

성 성질에 한 연구는 매우 요한 물리

특성이며 우리의 일상생활과도 한 연 을

가지고 있다. 를 들어 건물 외벽, 자동차

항공기 외 , 의류 식기 등의 표면을 수요

자가 원하는 방식으로 제조할 수 있다면 경제

이고 편리한 생활환경을 제공받을 수 있을

20 공업화학 전망, 제12권 제6호, 2009

것이다. 이와 더불어 소수성 표면에 한 연

구는 최근 격하게 발 하고 있는 마이크로

유체역학 미세소자 내 유체의 흐름을 제어

하기 한 기술로써도 활발히 이루어지고 있다.

게코도마뱀의 신개념 착방식은 지 까지

알려진 착 메커니즘과는 다른 새로운

방식으로서, 높은 착력, 쉬운 탈착 비오

염(Non-fouling) 등 다양한 장 을 가지고 있

다. 만일 이를 모사하여 새로운 방식의 기능성

착물질의 개발이 이루어질 경우, 경제 으로

큰 부가가치를 창출할 것으로 기 된다. 실제

로 우리 일상생활에서 다양한 착용품이 차

지하고 있는 비 과 유용성을 볼 때 새로운

개념의 착물질 역시 무한한 가능성을 가지

고 있다고 단된다. 이는 일상생활 제품뿐 아

니라 수많은 산업용 제품에도 다양하게 응용

될 것으로 기 된다[1]. 이처럼 나노기술을 기

반으로 하는 자연모사공학 혹은 생체모방공학

은 기계, 화학, 재료 자기술 분야 등 실

로 다양한 분야에서 활용이 가능하며 정보기

술, 생명공학 기술, 환경 기술 등과 융합되어

학술 , 그리고 산업의 경제 가치가 높이 평

가 받고 있다.

2. 초소수성 표면

소수성 표면 제조의 표 인 방법은 물

체 표면을 낮은 표면에 지를 갖는 화학물질

로 코 하는 간단한 방식이 있으나 150° 이상

의 높은 각을 얻기 해서는 표면에 물리

구조를 형성시키는 것이 필요하다. 이때

소수성 표면의 구 은 마이크로/나노 복합 구

조가 아닌 단순 마이크로 구조물 는 나노구

조물을 통해서도 가능하며, 이는 ‘Cassie-Baxter

방정식’을 통해 기하학 형상 설계가 가능하

다. 이에 한 표 인 방법은 탄소나노튜

의 수직성장, 알루미나 템 릿을 이용한 몰딩,

MEMS 공정을 통한 마이크로 구조물 제조,

노 공정 자빔을 통한 마이크로 는

나노 구조 제조법 등이 있다.

한편, 최근 연구자들은 자정능력을 가지는

소수성 표면 제조를 해서는 150° 이상의

높은 각뿐 아니라 5° 이하의 낮은 미끄러

짐 각도(Sliding angle) 특성을 동시에 가지고

있어야 함을 규명하 다. 이를 해서는 마이

크로 구조와 나노 구조가 함께 존재하는 복합

구조가 필수 이며, 최근의 소수성 표면 제

조에 한 연구는 연꽃잎과 같은 자연의 복합

구조를 모사하고자 하는 방향으로 이루어지고

있다. 연꽃잎을 모사한 마이크로/나노 복합구

조의 제조는 크게 상향식 방법(Bottom-up

approach), 하향식 방법(Top-down approach),

그리고 이 두 가지를 병용한 혼합식 방법

(Hybrid technique)으로 나눠진다. 주로 상향

식 방법과 하향식 방법이 주를 이루어 왔으나

최근 공정 개선을 통하여 경제 이고 면

화에 효과 인 혼합식 방법이 개발되고 있다.

이러한 제조 방법에 따라 최근의 연구를 구체

으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째로, 상향식 방법(Bottom-up approach)

으로 상 분리(Phase separation) 방법이 있다.

2003년 Science에 발표된 내용에 의하면 이소

택틱 폴리 로필 (Isotactic polypropylene, i-pp)

을 p-xylene에 녹인 후 슬라이드 라스 상에

코 후 증발과정을 거치면 160° 이상의

각을 가지는 소수성 마이크로/나노 구조를

형성시킬 수 있다. 이는 아주 간단한 공정으로

도 소수성을 얻을 수 있었다는 에서 주목

받을 만한 결과이다[2](Figure 1(a)).

한, 미셀 뭉침(Micelle aggregation) 상

을 통하여 소수성 표면의 구 이 가능한데

PP-PMMA 블록 혼성 합체(A block copoly-

mer of polypropylene and poly(methyl meth-

acrylate))를 DMF(N, N'-dimethylformamide)

에 녹여 미셀 용매를 만든 후, 이를 유리 기

에 코 을 하고 용매를 증발시키면, 미셀들

이 서로 뭉쳐 나노/마이크로 복합구조를 형성

하게 된다. 이 때 각은 약 160°의 소수성

성질을 가지게 된다[3](Figure 1(b)). 2003년

KIC News, Volume 12, No. 6, 2009 21

Figure 1. 상향식 방법에 의한 소수성 표면: (a) 이소택틱 폴리 로필 [2], (b) Micelle 뭉침 상[3], (c) 탄소나노튜 구조[4], (d) 벌집형태 탄소나노튜 의 나노구조[5].

MIT의 연구자들은 PECVD (Plasma enhanced

chemical vapor deposition)를 통하여 직경 50

nm, 높이 2 µm의 탄소나노튜 를 성장시킨

후, 표면을 PTFE (Poly(tetrafluoroethylene))

로 코 한 결과, 각이 거의 180°에 이르는

소수성 표면을 얻을 수 있었다[4](Figure

1(c). 한편, 2002년 J. Phys. Chem. B에 발표

한 국의 Jiang 그룹은 철 탈로시아닌(Iron

phthalocyanine)을 열분해(Pyrolysis)함으로써

벌집형태의 소수성 CNT 복합구조를 만들

수 있음을 보여주었다. 이 표면의 경우 각

은 약 163.4°이 으며, 각 이력은 5° 이하

로 매우 우수한 특성을 보 다[5](Figure 1(d)).

이러한 화학 방식의 경우, 공정이 용이하다

는 장 과 소수성 표면을 만들기 한 매우

유용한 방식이지만, 마이크로/나노 구조체가

화학반응에 의해 임의 으로 형성됨으로써 고

체 표면상 액체의 각(Wetability)에 한

제어가 용이하지 않은 것으로 단되고 있다.

하향식 방법은 상향식 방법의 기술 인 문

제 을 극복하기 해 화학 방식에서 벗어

나 기계 몰딩 방식에 의하여 마이크로/나노

복합구조를 형성하는 기술이다. 이 기술은 2단

계 열성형 모세 리소그라피 방식에 의한 것

으로, 온도를 고분자의 유리 이 온도 이상으

로 가해 으로써 모세 상을 유발하여 1차

마이크로 구조물을 형성시키고, 뒤이어 형성된

마이크로 구조물 상에 나노 크기의 음각 패턴

을 가진 rigiflex PUA 몰드를 시킨 후 다

시 2차 가열을 통해 기 형성된 마이크로 구조

물 상에 나노 구조물을 형성시키는 방법으로

161°의 각을 얻었다[6](Figure 2(a)). 이

방법의 경우 정 하게 제어된 마이크로/나노

복합 구조물을 원하는 치에 형성시킬 수 있

다는 장 을 가지고 있어 소수성 표면의 제

조뿐 아니라 표면의 젖음(Wetting) 정도를 제

어할 수 있다는 장 역시 지니고 있다. 하지

만, 열 성형 방식을 이용함에 따라 한 공

정 조건을 확보하지 못할 경우 기형성된 마이

크로 구조물이 붕괴되는 기술 인 어려움이

존재한다.

Figure 2(b)와 같이 2단계 UV성형 모세

몰딩 공정은 비교 공정의 조건이 간단하며

재 성이 높은 방법으로 원하는 크기 형상

의 마이크로/나노 복합 구조물 제조를 가능

할 뿐 아니라, 열 성형 방식이 가지고 있었던

문제 을 극복할 수 있다. 기 에 스핀코

을 하여 균일한 UV 경화성 고분자 박막 에

22 공업화학 전망, 제12권 제6호, 2009

Figure 2. 하향식 방법에 의한 소수성 표면: (a) 2단계 열성형 모세 리소그라피[6], (b) 2단계 UV성형 모세 리소그라피[7].

음각의 패턴을 가진 PDMS 몰드를 시킨

후 UV조사를 통하여 부분 으로 경화된 마이

크로 구조물을 형성시킨다. 형성된 마이크로

구조물 상에 나노크기의 음각 패턴을 가진 PUA

몰드를 시킨 후 다시 2차 UV 조사를 통

하여 나노 구조물을 형성하여 165°의 각

을 얻었다. PUA몰드의 경우 두께가 50 µm로

서 유연함과 동시에 PDMS 몰드보다는 높은

기계 강도(Tensile modulus of ∼40 MPa)

를 가지고 있어, 면 나노패터닝이 가능하

게 된다. 뿐만 아니라 열 방식을 통한 2단계

모세 몰딩 방식에서 나타난 마이크로 구조

물의 붕괴 상이 나타나지 않아 본 방식

을 사용할 경우, 보다 높은 신뢰성이 있으며,

UV 성형 방식의 경우 수 에서 수십 가 소

요되어 공정 효율성 역시 크게 향상되었다[7].

상향식 방법(Bottom-up approach)과 하향

식 방법(Top-down approach)을 병용한 혼합

식 방법(Hybrid technique)이 최근 연구진들

에 의해 보고되고 있다. 이 방법은 앞의 두 가

지 방법의 장 을 모두 가지고 있는 방법으로,

면 화에 효과 이며 제어가 용이한 하향식

방법과 물질 특성을 이용한 간단한 화학 방

법을 함께 이용하여 표면의 계층 구조를 구

하게 된다. 한 로, 균일한 ∼40 nm 크기

의 알루미나 입자를 포함한 UV 경화성 고분

자를 마이크로 크기의 구조물로 경화시킨 후

강한 UV를 조사하여 나노크기의 알루미나 입

자가 노출이 되도록 식각하여 나노 마이크로

계층구조를 제작할 수 있다. 표면에 Hydroxy-

기와 Fluorin-기의 화학물질을 코 하여 선택

Wetting이 가능한 표면구 이 보고되었다[8]

(Figure 3(a)). 한, 마이크로 구조물을 PDMS

로 제작한 후 DLC (Diamond-Like Carbon)을

이용하여 표면의 버클링(Buckling)을 유도하

여 나노 마이크로 계층구조를 제작하는 방법

도 최근 개발되었다[9](Figure 3(b)). 이러한

혼합식 방법을 이용하면 표면 성질을 효과

으로 제어할 수 있으며 향후 경제 , 재 성

있는 공정으로 면 발수성 표면을 만드

KIC News, Volume 12, No. 6, 2009 23

Figure 3. 혼합식 방법에 의한 소수성 표면: (a) UV 몰딩에 의한 직 선택 wetting[8], (b) Diamond- Like Carbon (DLC)의 Dual-Scale Structure 제조와 [9].

는 연구가 활발히 진행될 것이다.

3. 건식접착성 표면

게코도마뱀은 개미나 리에 비해 상 으

로 매우 큼에도 불구하고 매끈하거나 거친 벽

을 수직으로 빠르게 이동할 수 있을 뿐 아니

라, 천장에 거꾸로 붙어서도 이동할 수 있는

능력을 가지고 있어 많은 심을 끌고 있다.

최근 들어 착 원리가 나노기술의 발 과 더

불어 많은 부분 밝 지고 있는데, 그 이유는

게코도마뱀의 발바닥에 존재하는 고종횡비의

계층 마이크로/나노 섬모로부터 기인한다는

것이 밝 졌다. 게코도마뱀의 발바닥에는 수백

만 개의 단일 마이크로 섬모(Setae)가 존재하

며 이 단일 섬모는 다시 약 100∼1000개의 나

노섬모(Spatulae)로 구성되어 있다. 이러한 마

이크로/나노 섬모가 면 과의 분자 간 인

력(Van der Waals force)을 극 화시켜 매우

큰 착력을 발생시킨다는 것이 밝 졌다[10].

기존 연구 결과에 따르면, 게코도마뱀은 약 10

N/cm2의 착력을 발휘한다는 것이 밝 진

바 있다. 이는 약 단 센티미터 제곱 면 당

약 1 kg 착력을 발휘함을 의미한다.

기존 착 방식과는 다른 이러한 획기 인

특성으로 인하여, 게코도마뱀의 발바닥에 존재

하는 고종횡비 나노구조물을 인공 으로 모사

하고 이를 이용하여 새로운 개념의 고기능성

착물질을 제조하고자 하는 노력이 세계

으로 활발히 진행되고 있다. 게코도마뱀의

착 능력은 분자 간 인력을 이용하므로 이를

건식 착제(Dry adhesive) 는 지능형 착

제(Smart adhesive)로 이용할 수 있다. 이러

한 원리는 기존에 알려진 발톱(Claws)을 이용

한 기계 부착 방식이나 액체분비물의 모세

힘을 이용한 습식 착 방식(Wet adhesive

pads)과는 다른 매우 독특한 메커니즘으로서,

기존의 3M 테이 는 기타 인공 화학

착 시스템과 뚜렷이 구별된다. 즉, 구 인

사용이 가능함, 매끈한 표면뿐 아니라 거친 표

면에도 착 가능함, 쉽게 탈착(Detachment)

이 가능함, 깨끗한 표면의 유지가 가능함, 섬

모구조로 인해 소수성 표면의 성질, 그리고

24 공업화학 전망, 제12권 제6호, 2009

Figure 4. 게코도마뱀의 발바닥 단일섬모 구조[1].

Figure 5. 높은 착력을 가지는 인공 건식 착제의 구조 특성[1].

자정효과(Self-cleaning)와 같은 명확한 차이

이 있다. 한, 게코도마뱀의 섬모를 모사한

인공 인 건식 착제로서 요구되는 요한

구조 인 특징이 있는데 이를 Figure 5에 정

리하 다.

즉, 구조 특성을 나열하면, 고종횡비(High

aspect ratio) 나노구조, 기울어진(Slanted) 구

조, 주걱 모양(Spatulate head)의 구조, 그리

고 계층(Hierarchical) 구조 등이며, 이러한 원

리에 한 체계 인 분석이 정리된 바 있다

[1]. 이러한 특성을 가지고 있는 게코도마뱀의

섬모를 모사하여 새로운 개념의 기능성 착

표면을 제조하기 해서는 재료 선정에서부터

앞에서 언 한 구조물의 다양한 형상에 이르

기까지 고려해야 할 요인이 많다. 지 까지는

주로 단순한 고종횡비의 마이크로 는 나노

구조물을 만들고 이들의 착력을 측정하는

방식으로 이루어져 왔으며, 사용되는 가공 재

료는 주로 탄소나노튜 (Carbon nanotube, CNT)

는 고분자(Polymer)를 사용하 다. 한 상

당부분 게코도마뱀 섬모와 유사한 기울어진

형태의 마이크로/나노 이 구조물을 형성하는

구조가 최근에 소개된 바 있다. 지 부터는 상

기한 건식 착 표면 제조에 한 표 인

연구결과를 살펴보고자 한다.

공정 재료 인 측면에서 볼 때, 탄소나노

KIC News, Volume 12, No. 6, 2009 25

Figure 6. CNT를 이용한 착성 표면: (a) MWCNT를 이용한 마이크로/나노 이 구조[11], (b) SWCNT 구조물[12].

튜 와 고분자를 사용한 착성 표면의 연

구가 다수의 연구진에 의해 진행되었으며 탄

소나노튜 로 제작된 건식 착성 표면의 연구

를 먼 소개하고자 한다. 탄소나노튜 의 경

우 매우 높은 강도를 가지고 있으며, 화학기상

증착(Chemical vapor deposition)방식을 통하

여 매우 높은 종횡비로 성장이 가능하다는 장

을 가지고 있어 표면 제조에 유리한 재료

특성을 가지고 있다. 미국 Akron 학의 연구

그룹은 다 벽 탄소나노튜 (Multiwalled car-

bon nanotube)를 일정한 마이크로 패턴 형상

으로 성장시켜 게코도마뱀 섬모의 마이크로/

나노 이 구조와 유사한 형태의 인공 착표

면을 제조하 다. 이들은 포토리소그라피 방식

을 이용하여 먼 마이크로 패턴을 형성 후,

철 매를 증착하 다. 그 후 화학기상증착 과

정을 통하여 마이크로 패터닝된 탄소나노튜

를 형성시킬 수 있었다. 이 연구 결과는 형성

된 탄소나노튜 의 특성이 기존에 비해 우수

할 뿐만 아니라, 마이크로/나노 이 구조를 형

성시킴으로써 보다 높은 착력을 얻었다는

에서 매우 우수한 연구 결과라 할 수 있다.

결과 으로 약 0.16 cm2 면 에 최 36 N/cm

2

의 단 착력을 얻을 수 있었으며, 친수성

표면뿐 아니라 소수성 표면에서도 높은 수

의 착력을 얻을 수 있었다. 한, 약 1,000회

의 반복 인 부착시험에서도 거의 일정한

착력을 유지가 가능하 다[11](Figure 6(a)).

한편, 거의 같은 시기에 미국 University of

Dayton 학의 연구진들은 단일벽 탄소나노튜

(Single walled carbon nanotube)를 이용한

건식 착성 표면을 제조하 다. 이들 역시

0.16 cm2 면 에 탄소나노튜 를 성장시켰으

며 그 결과 최 약 29 N/cm2의 부착력을 얻

을 수 있었다[12](Figure 5(b)). 이처럼 탄소

나노튜 를 이용할 경우, 매우 높은 종횡비의

구조물, 높은 기계 강도, 그리고 게코도마뱀

의 착력을 능가한다는 우수한 장 을 가지

고 있다. 그러나 탄소나노튜 의 성장을 해

서는 포토리소그라피, 매증착, 화학기상증착

등의 복잡한 공정 과정이 필요하고 형성 가능

한 패턴의 면 도 수 mm2로 매우 좁다는 문

제 이 있다.

고분자를 이용할 경우, 탄소나노튜 에 비하

여 원하는 형상으로 가공이 쉽고 원하는 물성

을 추가할 수 있으며 면 가공 한 용이

하여 높은 생산성을 가지고 있다는 장 이 있

다. 이에 따라, 형상이 최 화 된다면 고분자

를 이용한 건식 착성 표면은 일상생활에서

폭넓게 사용될 수 있다는 높은 가능성을 가지

고 있다. 고분자를 이용한 가공방식은 기존의

자빔 는 포토리소그라피 방식에서 최근

개발되고 있는 소 트 리소그라피 방식에 이

르기까지 다양한 가공 방식이 개발되었으며,

본 연구 그룹에서는 유연하면서도 단단한 PUA

몰드를 사용하여 상당부분 섬모와 유사한 기

26 공업화학 전망, 제12권 제6호, 2009

Figure 7. 게코도마뱀 모사 고종횡비 구조물[1]: (a) 자빔을 이용한 굽은 나노섬모, (b) rolling process에 의한 굽은 나노헤어, (c) 경사에칭으로 얻은 마스터 구조, (d) 경사에칭 마스터로부터 복제한 고분자 섬모구조.

울어진 형태의 마이크로/나노 이 구조물을 형

성하는 구조와 착력을 갖는 구조물을 제작

이 보고하 고 이에 해 살펴보고자 한다.

본 연구진은 기존 기술로는 가공이 어려운

직경 200 nm 이하, 종횡비 20 이상의 고종횡

비 고분자 나노구조체를 새로운 열공정 모세

리소그라피 방식으로 형성할 수 있음을 보

고하 다. ‘몰드와 고분자 박막 사이에서의 표

면에 지’와 ‘고분자 박막과 기 사이에서의

표면에 지’의 상 크기가 서로 등할 경

우, 고분자가 PUA 몰드의 천정과 한 친

화력을 형성하므로 몰드 제거 시 길이방향으

로 신장되어 매우 높은 종횡비의 나노 구조체

를 형성할 수 있음이 확인되었다. 나노신장 기

술은 새로운 가공 방식으로써, 기존의 포토리

소그라피 기술이 갖고 있던 복잡성, 고비용,

나노구조체 형성의 어려움 등의 단 을 극복

하고, 나노임 린트 는 소 트리소그라피 기

술로 가공이 어려운 종횡비 20 이상의 고종횡

비 나노 구조체 형성이 가능하다는 에서 여

러 가지 장 이 있다[13].

최근에는 PUA 몰드를 이용하여 고종횡비

의 나노섬모를 만들고 e-beam을 조사하여 게

코도마뱀의 섬모와 유사한 형태의 경사진 섬

모를 만들고 그 착성을 분석한 연구를 발표

하 다. 이러한 정 한 공정으로 각각의 나노

섬모의 기울어진 각도에 따른 나노섬모의 분

자간의 인력, 즉 착력을 분석하 고, 1 cm2

의 면 으로 최 12 N의 착력을 가지며

100회 반복 테스트에도 착력이 유지됨을 확

인하 다[14](Figure 7(b)).

한, 실제 게코도마뱀의 나노섬모와 상당히

유사한 기울어진 형태의 마이크로/나노 이

구조물을 형성하는 방법과 착력 분석에

한 결과를 발표하 다. Figure 8의 SEM 이미

지와 같이 균일하게 굽은 나노스 일 섬모들

KIC News, Volume 12, No. 6, 2009 27

Figure 8. 본 연구진에 의해 보고된 기울어진 형태의 마이크로/나노 이 구조물: (a) 면 계층구조 섬모의 , (b) (a)의 확 된 사진, (c) (b)의 확 된 사진, (d) 다른 각도에서 본 계층구조 섬모 사진, (e) 실제 게코도

마뱀 발바닥에서 발견되는 계층 섬모사진.

을 5 µm의 PUA 섬모 에 견고하게 제작하

다. 이러한 계층 구조의 굽은 나노/마이크로

섬모구조는 기존의 구조물과는 달리, 어느 정

도 거친 표면에서도 착력이 평평한 표면의

착력 비 ∼80% 가량 유지됨을 확인하

다. 한 탈부착이 용이함을 이용하여 실용

인 로 2세 LCD 패 을 운반하는 새로운

운반시스템을 제작하여 보고하 다[15].

4. 맺음말

오래 부터 과학자들은 자연이 가지고 있는

최 화된 표면구조, 작동 메커니즘, 시스템 등

에 심을 가지고 이를 이해하고 응용하려는

노력을 지속해 왔다. 최근 나노기술의 발 에

힘입어 재의 과학자들은 과거보다 미시 인

역에 한 비약 인 탐험할 수 있었고, 그

결과 연꽃잎의 소수성, 소 쟁이의 부양 능

력, 나비 날개의 아름답고 다양한 빛깔 게

코도마뱀의 건식 착 능력 등 자연의 우수한

기능성의 신비를 밝 내고 있고, 이들 부분

이 표면에 존재하는 독특한 마이크로/나노 병

합 구조에서 기인함을 보고하고 있다. 미세한

자연계의 기능성 표면을 모사하기 해서는

구조 특징을 정확히 이해하고 이를 이론

으로 설명하는 연구가 선행되어야 할 뿐만 아

니라 제조 공정에 한 깊이 있는 고찰이 필

요하다. 특히 이번에 살펴본 연꽃잎의 소수

성과 게코도마뱀의 건식 착성을 구 하기

해 많은 연구진들이 상향식과 하향식 방법 그

리고 이들을 목한 혼합식 방법 등을 용하

고 있으며, 마이크로/나노 공정기술의 부신

발달로 어느 정도 실제 구조와 비슷하고 기능

이 뛰어난 구조를 제작할 수 있음을 본 을

통하여 확인하 다.

새로운 나노 공정 기술의 개발을 통하여 자

연의 우수한 기능성을 모사하려는 연구가

세계 으로 활발히 이루어지고 있음을 볼 때,

머지않아 우리의 일상생활에서부터 첨단 우주

산업 분야에 이르기까지 지 까지 볼 수 없었

던 새로운 기능을 가진 다양한 응용 기술들이

개발될 것으로 기 된다. 오랫동안 자연을 모

방하려는 것은 인류의 오랜 숙원이었으나, 최

근의 나노기술의 발 과 더불어 이러한 기

는 이제 머지않은 실로 다가오고 있다. 한

편, 오랜 시간에 걸쳐 자연환경에 최 화되어

온 자연을 모사하는 것은 에 지 효율의 최

28 공업화학 전망, 제12권 제6호, 2009

방 창 현

2005 성균 학교 화학공학과 학사2005∼2006 삼성 자 LCD 연구원2009 성균 학교 화학공학과 석사2009∼ 재 서울 학교 기계항공공학부

박사과정

서 갑 양

1996 서울 학교 화학공학과 학사1998 서울 학교 화학공학과 석사2002 서울 학교 화학공학과 박사2002∼2004 MIT 박사후 연구원2004∼ 재 서울 학교 기계항공공학부

조교수/부교수

화나 친환경 인 공정 개발에 있어 필수 이

며 이는 앞으로 인류가 나아가야 할 방향과

정확히 일치하기도 한다. 이처럼 나노기술에

기반으로 하는 생체모방공학은 정보기술, 생명

공학 기술, 환경 기술 등과 융합되어 새로운

도약과 기회를 제공할 것으로 기 된다.

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