불소 고분자 박막 및 응용 기술
한국화학연구원 화학플랫폼연구본부 화학소재솔루션센터 이상진 박사
산업용 코팅 기술은 우리 주변에 매우 다양한 분야에서 활용됩니다.
이 중 현재 가장 보편적으로 사용되는 기술은 폴리테트라플로오로에틸렌 즉 PTFE 방식입니다.
이 PTFE는 불소의 특성을 통해 절연성 뇌화학성 표면 발수성 등으로 산업현장에서 매우 활용도가 높으며 특히 물에 의한 오염과 침투 등을 방지할 수 있어 다양한 제품에 활용 가능합니다.
그러나 이 높은 발수성 때문에 제품 표면 코팅 시 접착이 어렵다는 문제점을 지니고 있어 이를 박막으로 코팅하기 위해서는 매우 어려운 공정을 진행하거나 기재에 따라서는 코팅 자체가 불가능할수도 있습니다.
이 뿐만 아니라 PTFE 코팅을 위한 습식 코팅기술은 국내 기술이 아닌 해외에서 보유한 기술을 기반으로 하고 있기 때문에 접근성이 비교적 떨어지는 편이며 또 다른 공정인 화학기장 증착 방식 역시 유해가스 배출이 필연적으로 발생
탄소 중립 실현에 부정적인 영향을 끼친다는 문제가 있습니다.
반면 PPFC 박막공전 기술은 화학연에서 개발한 고분자 복합스퍼터링 타겟을 기반으로 한 건식 코팅기술로
공정 단계가 기존에 비해 매우 간소화 되었고 대부분의 산업계, 학계, 연구계에서 보유하고 있는 스퍼터링링 장비를 중심으로 공정이 진행되기에 기존 기술에 비해 경제적인 효과를 확보할 수 있습니다.
특히 해당 기술은 고분자 물질에 Carbon Nanotubes와 같은 전도성 필러를 소량 첨가해 기능성 코팅을 손쉽게 수행할 수 있다는 점이 큰 장점으로
발수, 발효, 반사방지, 향균 등 다양한 기능을 가진 소재를 첨가해 복합 물성을 가진 박막의 제조가 가능합니다.
PPFC는 낮은 골절률을 가졌음에도 불구하고 내부 결정구조로 인해 가시광선을 통과시키지 못하는 PTFE와 달리
최대 1.38 밖에 되지 않는 매우 낮은 골절률을 유지하면서도 높은 투명성을 확보해 반사방지와 같은 광학코팅 소재료의 활용이 가능합니다.
최근 연구결과에 따르면 PPFC 방막을 페로브스카이트 태양전지와 같은 투과율이 중요한 디바이스 표면에 코팅한 결과 에너지 변환 효율이 1에서 2%포인트 정도 높아지는 것으로 확인되어
다양한 태양전지 소자로의 발전 가능성을 확보했으며 이러한 특성 외에도 초발수 특성을 지니고 있어 자가저장이 가능해 창문, 디스플레이, 태양전지 등
야외에 노출되는 제품의 우수한 내환경성을 부여할 수 있습니다. 이와 같은 방사방지 기술이 특히 경쟁력을 갖추는 응용 분야는 바로 디스플레이 및 태양전지 분야입니다.
디스플레이는 실내외를 불문하고 대부분 외부광이 입수하는 환경에서 사용되고 있어 외부광에 의해 화면표시장치에 상이 맺히는 것을 피하기 어려웠습니다.
기존의 경우 이러한 상 맺힘 현상을 해결하기 위해 제조경비가 적게 소요되는 요철을 이용한 반사방지필름이 보편적으로 사용되어 왔습니다.
그러나 이러한 요철형 반사방지 필름은 요철의 크기나 높낮이, 모양에 따라 해상도, 선명도, 시인성 등의 화상 표시에 문제가 발생할 수 있다는 단점을 지니고 있습니다.
또한 기존의 용액 도포법을 이용한 다층구조의 반사방지 필름에 제조방법은 굴절률 자체를 조절하는데 한계가 있어 이러한 약점을 극복하기 어려웠습니다.
반면 본 기술의 경우 타겟 소재 배합을 통해 굴절률을 제함으로써 가시광선에서 고초과열과 저반사율을 동시에 가지는 특성을 지니고 있는 것은 물론 전도성을 부여한 불소계 고분자 복합 타겟을 이용해 라디오 프리퀀시 보다 낮은 전압인 미드 프리퀀시나 다이렉트 커런트방식에서도 스포터링이 가능합니다.
이러한 특성을 배경으로 기존 롤투롤방식을 그대로 적용함으로써 대면적 필름의 제조가 가능하기 때문에 별도의 개조 비용 없이 연속 공정으로 경제적인 양산을 수행할 수 있습니다.