인천대 물리학과 이진호 교수팀, 젯 인쇄 기반 초소형 산화아연 마이크로닷 어레이 구현 성공

                                                             이진호(인천대학교 물리학과 조교수), 김경식(인천대학교 지능형반도체공학과 석사과정

인천대학교물리학과 이진호 교수팀이 29일, 젯 인쇄 기술을 이용하여 별도의 리소그래피 공정 없이 세계에서 가장 작은 3μm 직경의 산화아연 마이크로닷 어레이를 

구현하는데 성공했다고 밝혔다.

인천대에 따르면, 연구팀은 잉크젯 인쇄된 드랍렛의 기하학적 구조에 따른 내부 미세 유체 거동과 고체화 메커니즘의 상관관계를 분석했다.

접촉각이 작은 드랍렛의 내부에서는 바깥 방향의 대류 흐름이 우세하여 응고 후 커피 링 효과 (coffee ring effect)가 강하게 나타나는 반면 접촉각이 큰 드랍렛의 경우 

내부를 순환하는 마랑고니 흐름 (Marangoni flow)이 강화되어 건조 과정 중 드랍렛의 접촉선 고정 현상을 지연시키고 커피 링 효과가 억제된 소형화된 마이크로닷 구조를 

형성함을 확인했다.

                                            잉크젯 인쇄된 드랍렛의 내부 미세 유체 거동과 고체화된 마이크로닷의 기하학적 구조

연구팀은 기판의 표면 에너지 및 온도 제어를 통해 드랍렛의 초기 접촉 면적을 최소화함으로 미세화된 산화아연 마이크로닷 어레이를 구현하고 이를 

유기태양전지에 적용했다.

마이크로닷 어레이에 의한 광학적 효과에 의해 태양전지의 광활성층내 흡수가 증대되어 효율이 향상됨을 확인했다.

연구를 주도한 이진호 교수는 “이번 연구는 건조 과정 제어를 통해 잉크젯 인쇄의 장애물인 커피 링 효과를 억제할 수 있을 뿐만 아니라 초기 드랍렛에 비해 

훨씬 더 작은 마이크로닷 구조를 구현할 수 있었다”면서 “잉크젯 인쇄 기술이 발전하면 나노사이즈의 구조체를 인쇄 공정을 통해 손쉽게 구현하여 다양한 광소자에 

응용 가능할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

이 연구는 광주과학기술원 강홍규 박사, 한국화학연구원의 홍순일 박사 연구팀과 함께 수행했으며, 재료 및 금속공학 분야 국제 학술지인 

Journal of Materials Research and Technology (JCR 상위 6.1%)에 게재됐다.

*아래는 위 기사를 '구글번역'으로 번역한 영문기사의 [전문]입니다.‘구글번역’은 이해도 높이기를 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.

<*Below is the [full text] of the English article translated by 'Google Translate'. 'Google Translate' is trying to improve understanding. It is assumed that there may 

be errors in the English translation.>Professor Lee Jin-ho's team from Incheon National University's Department of Physics succeeds in implementing ultra-small 

zinc oxide microdot array using jet printing

-Break News Incheon Reporter Park Sang-do On the 29th, Professor Lee Jin-ho's team from Incheon National University's Department of Physics announced that 

they succeeded in implementing the world's smallest 3μm diameter zinc oxide microdot array without a separate lithography process using jet printing technology.

According to Incheon National University, the research team analyzed the correlation between the internal microfluidic behavior and solidification mechanism 

according to the geometric structure of the inkjet-printed droplet.

In the interior of droplets with small contact angles, the outward convection flow is dominant, which strongly shows the coffee ring effect after solidification, 

whereas in the case of droplets with large contact angles, the Marangoni flow circulating inside is strengthened, which delays the fixation of the contact line of the 

droplet during the drying process and forms a miniaturized microdot structure with suppressed coffee ring effect.

The research team implemented a micronized zinc oxide microdot array by minimizing the initial contact area of the droplet through surface energy and 

temperature control of the substrate and applied it to an organic solar cell.

It was confirmed that the optical effect of the microdot array increased absorption in the photoactive layer of the solar cell, thereby improving efficiency.

Professor Lee Jin-ho, who led the research, said, “This study was able to suppress the coffee ring effect, which is an obstacle to inkjet printing, through drying process 

control, and also implement a much smaller microdot structure compared to the initial droplet.” He added, “As inkjet printing technology advances, it is expected that 

nano-sized structures can be easily implemented through the printing process and applied to various optical devices.” This research was conducted in collaboration with 

the research team of Dr. Kang Hong-gyu of Gwangju Institute of Science and Technology and Dr. Hong Soon-il of the Korea Research Institute of Chemical Technology, 

and was published in the Journal of Materials Research and Technology (JCR top 6.1%), an international academic journal in the field of materials and metallurgy.