<사진1-(왼쪽부터) 전진표 군(석사후 연구원, 공동1저자), 전준형 학생(기계공학부 4, 공동 1저자), 홍지우 교수(교신저자)(사진=숭실대)>

숭실대학교(총장 장범식)는 기계공학부 홍지우 교수 연구팀이 음향 진동 기포 어레이를 이용한 비손상(damage-free) 미세구조 세정 기술을 개발하고, 연구 논문을 국제 저명 학술지 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’ (IF=7.1, Q1)에 1월 2일 자로 게재했다고 밝혔다.

논문의 제목은 ‘Jet Flow Focusing-Assisted Damage-Free Cleaning of Microstructures by Acoustically Oscillating Bubbles in a Commercial Fluoropolymer Tube Array'(상용 불소 중합체 튜브 배열 내 음향 진동 기포가 생성하는 제트 유동을 활용한 비손상 미세구조 세정 기술)이다.

최근 반도체 제조, 적층 제조, 여과막 제조 등 다양한 산업 분야에서 세정 기술의 중요성이 커지고 있다. 기존의 세정 방식은 세정 대상의 물리적 손상을 초래하거나, 화학 약품 과다 사용으로 인해 작업 안전성을 저해하는 한계가 있었다.

이에 따라 세정 대상의 물리적 손상 없이 정밀하고 효율적으로 오염 물질을 제거할 수 있는 친환경적인 세정 기술에 대한 연구와 개발이 시급히 요구되고 있다.

홍 교수 연구팀은 상용 불소 중합체 튜브 어레이 내에 갇힌 음향 진동 기포가 생성하는 제트 유동을 활용한 새로운 세정 기술을 개발했다. 연구팀은 불소 중합체 튜브의 소수성 특성과 3D 프린팅 기술을 접목해 저비용·고효율의 휴대용 세정 장치를 설계·구현했다.

세정 장치 설계를 위해 연구팀은 먼저 불소수지 튜브 내에 갇힌 단일 기포의 진동이 유발하는 제트 유동 특성과, 이를 결정짓는 주요 물리적 요소(전압, 주파수, 튜브 크기, 기울기 등) 간의 관계를 실험적으로 규명했다. 이후 실험 결과를 바탕으로 불소수지 튜브 어레이로 구성된 휴대용 세정 장치를 3D 프린팅 기술을 이용해 구현했으며, 이를 기존 초음파 세척기와 비교 실험한 결과 물리적 손상 없이 효율적으로 오염 물질을 제거할 수 있음을 입증했다.

논문의 교신 저자인 홍지우 교수는 “이번에 개발된 세정 기술은 유해 화학물질의 사용을 줄이고, 섬세한 마이크로구조에 물리적 손상을 최소화할 수 있는 대안적인 세정 기술로서의 가능성을 보여준다”고 설명했다. 그는 또한 이 기술이 ▲유기물, 무기물, 점성 액체 등 다양한 오염 물질 제거 ▲강산 및 강염기 등 극한 조건에서의 세정 ▲진동 기포에 의해 생성된 제트 유동을 이용한 화학 및 생물 반응기 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다고 덧붙였다.

특히, 연구팀은 제트 유동을 활용한 생물 반응기의 경우 현재 바이오 스타트업과의 공동연구를 통해 논문 발표와 특허 출원을 준비 중이라고 밝혀, 관련 기술의 산업적 활용 가능성도 기대를 모으고 있다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부의 디지털전환 기반 의약품 지능형 공정혁신기술개발사업, 한국연구재단의 개인기초연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

<사진2-연구에서 개발한 불소수지 튜브 어레이 내 음향 진동 기포에 의해 유발된 제트 유동을 이용한 세정 기술에 대한 개념도(사진=숭실대)>

<사진3-상용 초음파 세정 장치(상단)와 본 연구에서 개발한 세정 장치(하단)의 비손상 세정 성능 비교(사진=숭실대)>

 

 

홍보팀(pr@ssu.ac.kr)