이 연구 주제는 블록공중합체의 자기조립 현상을 정밀하게 제어하여 입자의 형상, 내부 도메인 구조, 계면 배치를 설계하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 에멀젼 내 용매 증발 과정에서 발생하는 상분리와 자기조립을 활용해 구형을 넘어 타원체, 렌즈형, 디스크형, 야누스형 등 비등방성 고분자 입자를 구현하는 데 강점을 보인다. 이러한 연구는 단순한 입자 합성을 넘어, 미세구조와 거시적 기능 사이의 상관관계를 이해하고 설계 가능한 고분자 콜로이드를 만드는 기반 기술로 의미가 크다. 핵심 방법론으로는 계면활성제 선택성 조절, 액적 크기 제어, 블록공중합체의 분리 거동 조절, 용매 증발 속도 제어 등이 활용된다. 특히 PS-b-P4VP, PS-b-P2VP 계열 블록공중합체를 이용해 도메인 배열과 형상 이방성을 동시에 제어하며, 계면에서의 선택적 흡착과 열역학·속도론적 경쟁을 설계 변수로 적극 활용한다. 이를 통해 입자의 외형뿐 아니라 내부 라멜라, 네트워크, 포러스 채널과 같은 나노구조를 정밀하게 프로그램할 수 있다. 이러한 나노구조 제어 기술은 기능성 콜로이드, 포토닉 입자, 센서, 약물전달체, 스마트 코팅 등 다양한 응용으로 연결된다. 특히 입자 형상과 내부 구조를 동시에 설계할 수 있다는 점은 기존 단순 구형 입자 기반 소재보다 훨씬 높은 기능 집적도를 제공한다. 앞으로는 보다 복잡한 위계적 구조 형성, 대면적 제조, 구조-광학-기계 특성의 통합 설계를 통해 차세대 스마트 소재 플랫폼으로 확장될 가능성이 크다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 외부 자극에 따라 형태와 기능이 변화하는 자극감응형 고분자 입자 개발이다. 온도, 빛, pH와 같은 환경 신호에 반응하여 입자의 형상, 내부 배열, 표면 특성, 광학 응답이 가역적으로 변하는 시스템을 설계함으로써, 정적인 재료가 아니라 능동적으로 동작하는 스마트 콜로이드를 구현하고자 한다. 이는 생체모사 재료와 적응형 소재 개발 측면에서 매우 중요한 연구 방향이다. 대표적으로 온도감응성 PNIPAM 계면활성제를 이용한 형상 전환 입자, 광이성질화 기반 광응답 블록공중합체 입자, 양성자화 및 이온성 상호작용을 이용한 pH 반응형 콜로이드가 연구되고 있다. 연구실은 계면에서의 계면활성제 위치 변화, 광스위치의 이성질화, 도메인 팽윤 및 가교도 조절 등을 통해 입자의 형상과 구조색을 동시에 제어한다. 최근에는 장기 안정성을 갖는 광기억형 입자와 다중 상태를 저장할 수 있는 프로그래머블 재구성 시스템까지 확장하여, 단순 반응성을 넘어 정보 저장 및 논리적 상태 전환이 가능한 소재로 발전시키고 있다. 이 연구는 센싱, 스마트 코팅, 재구성 가능한 디스플레이, 약물전달, 액추에이션, 데이터 저장 등 폭넓은 응용 가능성을 갖는다. 특히 형상 변화와 광학 신호가 결합되면 사용자가 반응 상태를 직관적으로 확인할 수 있어 실시간 진단 및 인터페이스 소재로서 장점이 크다. 향후에는 응답 속도, 반복 내구성, 다중 자극 통합 제어를 향상시켜 실제 웨어러블 및 소프트 전자소자와 연계되는 스마트 재료로 발전할 것으로 기대된다.

연구실은 고분자 콜로이드의 내부 주기 구조와 계면 배열을 활용하여 구조색과 광학 응답을 구현하는 포토닉 소재 연구도 활발히 수행하고 있다. 색소나 염료에 의존하지 않고 미세구조에 의해 발현되는 구조색은 높은 안정성, 선택적 반사 특성, 환경 반응성을 동시에 갖기 때문에 차세대 디스플레이, 센서, 웨어러블 광학소재 분야에서 주목받는다. 연구실은 블록공중합체 자기조립과 에멀젼 기반 제조 공정을 접목해 정밀한 구조색 입자와 광결정 콜로이드를 설계하고 있다. 구체적으로는 포토닉 야누스 콜로이드, 역포토닉 글래스 마이크로입자, 콜레스테릭 액정 액적, pH 반응형 구조색 입자, 열변색 포토닉 잉크 등이 연구 대상이다. 축 방향 적층 구조, 가교도 조절, 이온 상호작용, 액정 배향 제어 등을 통해 색 변화의 파장, 각도 의존성, 응답 속도를 정밀하게 조절한다. 특허로 이어진 고체-액체 접합형 야누스 구조 광결정 콜로이드 또한 이러한 연구 흐름을 잘 보여주며, 고분자 입자와 유체 코어를 결합한 복합 구조를 통해 새로운 광학 기능을 구현하고 있다. 이러한 구조색 소재는 환경변화 진단 센서, 화장품, 차세대 광학 코팅, 위조방지, 소프트 디스플레이, 시각화 인터페이스 등에 적용 가능하다. 특히 색 변화 자체가 곧 감지 신호가 되므로, 복잡한 전자 장치 없이도 직관적인 정보 전달이 가능하다는 장점이 있다. 앞으로는 대량생산 공정, 기계적 유연성, 다중 자극 응답을 결합하여 실용적이고 심미적인 기능성 광학 플랫폼으로 확장될 가능성이 높다.

이 연구 주제는 입자와 고분자, 액체 상, 나노필러가 만나는 계면을 정밀하게 설계하여 복합소재의 구조와 성능을 향상시키는 계면공학에 기반한다. 연구실은 Pickering 에멀젼과 복합 에멀젼을 이용해 입자 조립, 캡슐 구조 형성, 촉매 탑재 필름 제작, 자기·촉매 기능성 에멀젼 개발 등으로 연구를 확장하고 있다. 계면에서의 흡착과 탈착, 장력 균형, 다상 유체의 재배열을 활용해 기존 벌크 공정으로는 구현하기 어려운 비평형 구조와 동적 재구성 시스템을 만든다는 점이 특징이다. 실제로 Pt, Fe, 카본 기반 입자들을 계면에 조립해 재구성 가능한 에멀젼, 움직임 제어가 가능한 자기성 에멀젼, 방출 제어가 가능한 마이크로캡슐, 프리스탠딩 나노입자 네트워크와 촉매 필름 등을 구현하고 있다. 또한 BaTiO3/PDMS, PVDF-TrFE 복합체와 같은 고유전 복합소재, 신축성과 자가치유 특성을 갖는 웨어러블용 소재, 형상가변 디스플레이용 글라이콜 젤 등으로 연구 영역을 넓히고 있다. 이는 계면에서 형성된 미세구조가 전기적, 기계적, 광학적 성능을 좌우한다는 점을 적극 활용한 접근이다. 이 연구는 웨어러블 전자소자, 자가발전 소자, 촉매 시스템, 스마트 전달체, 유연 광전자 인터페이스, 디스플레이 기판 등 응용성이 매우 높다. 특히 계면조립을 이용하면 저에너지 공정과 대면적 제조 가능성을 동시에 확보할 수 있어 산업적 매력도 크다. 향후에는 계면 자기조립과 기능성 나노필러 네트워크를 결합해 신축성 전극, 고유전 필름, 공감각 인터페이스 같은 차세대 소프트 디바이스용 소재 플랫폼으로 발전할 것으로 보인다.