TECHNOLOGY

전기방사(Electrospinning)

전기방사(electrospinning)는 액상의 고분자에 전기장을 가하여 수십에서 수백 나노미터의 미세한 직경을 가지는 연속적인 섬유를 제작하는 방법입니다.

모세관 끝에 달린 고분자 액적(droplet)에 전기장이 가해지면 고분자에 전하가 유도되고, 이것이 표면장력에 대항하는 힘을 일으켜 용액의 표면이 '테일러콘(Tayler cone)'이라고 하는 원뿔모양으로 변형됩니다. 전기장의 표면장력보다 커질 때 테일러콘 끝에서 섬유가 방출됩니다.

전기방사 기술은 상온에서 방사가 가능하며 표면구조 제어, 하브리드화 등이 용이하고 대부분의 고분자를 이용할 수 있다는 장점이 있습니다.

전기방사의 장점

ARTIPORE의 기술력

ARTIPORE 전기방사 장비 모식도

나노섬유 두께편차 그래프

Why nanofibers

나노섬유는 수십에서 수백나노미터의 매우 가는 직경을 가진 섬유로 단위 질량 당 표면적이 매우 크고 유연하여 다양한 산업분야에서 주목받고 있습니다.  표면에 기능성 그룹(functional group)의 도입, 원자 또는 이온의 반응, 나노 입자의 흡착이 비교적 용이하기 때문에 나노과학이나 재료과학, 생명과학 분야에서 그 수요가 급격하게 늘고 있습니다. 

비정렬형(Random)

정렬형(Align)

나노섬유의 응용

생명공학·의학

전기방사 된 나노섬유의 응용분야 중 빠르게 성정하는 분야 중의 하나가 연골, 뼈, 피부 조직, 혈관, 림프관, 폐 조직, 심장 조직 등의 재생의료 분야입니다.

특히, 전기방사 된 나노섬유는 세포 외 기질(extracellular matrix, ECM)과 유사한 구조를 가지기 때문에 생명공학 및 의학분야에 적용이 적합합니다. 생체조직에 따라 화학적 및 물리적 구조가 다른데, 전기방사 나노섬유는 소재, 섬유의 직경뿐만 아니라 섬유의 배열방향을 조절할 수 있어 다양한 ECM구조와 조직에 적용 가능합니다.

또한, 전기방사 나노섬유 자체만으로도 재생 및 조직공학의 지지체 역할을 할 수 있어 활발한 연구가 진행되고 있습니다.

환경공학

나노섬유는 필터소재 또는 마스크 같은 제품에 사용됩니다. 나노섬유는 질량대비 넓은 표면을 가지고 있으므로 기체나 액체 중의 입자를 분리하는데 사용될 수 있으며, 전기방사 된 나노섬유로 구성된 필터는 표면적이 넓어 여과효율이 높습니다.

필터용 나노섬유는 친환경 기술에 주로 적용되어 친환경 나노섬유로 인식되고 있으며, 적용분야는 크게 공기필터, 정수필터, 연료필터 빛 필터용 향균성 나노섬유로 그 용도를 구분할 수 있습니다.

또한 수백 나노미터급의 나노섬유는 조직이 치밀하고 다공성으로 초미세먼지와 바이러스 등의 물리적인 차단에도 큰 효과를 가지기 때문에 마스크 제조에 효과적입니다.

기능성상품

전기방사 공정의 개선을 통해 나노섬유 제조영역은 의복과 의료용 섬유 등으로 다변화될 것으로 보입니다. 나노섬유를 이용한 옷감은 우수한 통기성을 가질 뿐 아니라 방수기능이 뛰어나 옷감 내부로 오염물질이 잘 스며들지 않으면서도 수분 배출능력은 우수합니다. 현재는 스포츠용 의복과 방호복 등에 적용되고 있으며, 향후 일반 의류나 운동화 등 대량생산화에 따른 적용범위는 확대될 것으로 보입니다.

전자재료

고분자 나노섬유의 열처리를 통한 환원 기술과 전기방사가 가능한 액적 개발을 통해 고분자 외에 탄소, 금속, 금속산화물 및 세라믹, 유리 등 다양한 소재로 구성된 나노섬유 제작이 가능하며, 이를 통해 슈퍼커패시터, 2차전지 전극, 연료전지 전극, 투명전극 등 에너지 및 전자산업에 고부가가치 소재로 활용될 것으로 보입니다.