접촉각 제어로 액체금속 산화막의 ‘잔여물 없는 박리’ 메커니즘 개발

연세대학교 기계공학부 김원정 교수 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST) 손정곤 박사, 미국 노스캐롤라이나주립대학교(North Carolina State University) Michael Dickey 교수와의 국제 공동연구를 통해, 액체금속(EGaIn) 표면에 형성되는 산화막을 잔여물 없이 박리할 수 있는 새로운 계면 역학 메커니즘을 개발했다(제1저자 정상윤 박사). 연구팀은 액체금속의 접촉각(contact angle)이 산화막 박리의 성공 여부를 결정하는 핵심 인자임을 실험과 이론 분석을 통해 규명하였다. 접촉각이 충분히 큰 경우 산화막이 기판에서 깨끗하게 제거되는 반면, 작은 접촉각에서는 산화막이 국부적으로 파괴되며 기판에 잔여물이 남는 현상이 발생함을 확인하였다. 특히 접촉선 부근의 나노스케일 역학 분석을 통해 이러한 차이가 발생하는 물리적 원인을 명확히 밝혔다. 또한 연구팀은 해당 메커니즘을 기반으로, 박리 과정 전반에서 큰 접촉각을 유지하는 롤투롤(roll-to-roll) 전사 공정 개념을 제안하고, 액체금속 패턴을 손상이나 잔여물 없이 전사할 수 있음을 실증하였다. 이는 액체금속 기반 소프트 전자소자 및 유연 전자공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 중요한 설계 지침을 제시한다. 이번 연구는 국제 공동연구로 수행되었으며, 연구 결과는 다학제 과학 분야의 세계적 학술지인 Nature Communications (Impact Factor: 15.7)에 2025년 12월 게재되었다.