KR100683942B1 - Fabrication method of colloidal crystals via confined convective assembly - Google Patents

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KR100683942B1 KR1020060007475A KR20060007475A KR100683942B1 KR 100683942 B1 KR100683942 B1 KR 100683942B1 KR 1020060007475 A KR1020060007475 A KR 1020060007475A KR 20060007475 A KR20060007475 A KR 20060007475A KR 100683942 B1 KR100683942 B1 KR 100683942B1
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박오옥
김문호
임상혁
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한국과학기술원
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Abstract

A method for forming two-dimensional or three-dimensional colloidal crystals on the substrates by injecting a colloidal suspension into a space between two substrates and self-assembling colloidal particles by capillary force is provided. A method for preparing colloidal crystals comprises the steps of: injecting a colloidal suspension into a confined space between two substrates(11,12); forming a meniscus(16) in the confined space between the two substrates by moving one of the substrates while removing a solvent of the colloidal suspension; and forming colloidal crystals on the substrates by self-assembling colloidal particles(15) using capillary force(17) generated while the colloidal suspension solvent of the meniscus is removed by removal of the solvent of the colloidal suspension. The substrates are selected from a glass substrate, a silicon substrate, an aluminum substrate, a silica substrate, a gold substrate, a polystyrene substrate, a polyester substrate, a polydimethylsiloxane substrate, and a colloidal crystal-containing substrate. The method further comprises the step of filling any one or more selected from a semiconductor, a metal, a metal oxide, an organic matter and derivatives of the organic matter into pores of the self-assembled colloidal particles.

Description

미세 공간 대류 조립 방법을 이용한 콜로이드 결정의 제조방법{Fabrication method of colloidal crystals via confined convective assembly}Fabrication method of colloidal crystals via confined convective assembly

도 1은 본 발명에 의한 콜로이드 결정의 제조를 위한 실험 장치의 도식도. 1 is a schematic view of an experimental apparatus for the preparation of colloidal crystals according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 콜로이드 결정의 제조를 위한 실험 장치의 정면과 측면을 나타낸 사진이다.Figure 2 is a photograph showing the front and side of the experimental apparatus for the preparation of colloidal crystals according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 삼차원 콜로이드 결정의 표면과 단면을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 20㎛/s)Figure 3 is a photograph of an electron scanning microscope showing the surface and cross section of the three-dimensional colloidal crystals of 460nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 0.5%, speed of lifting up the back substrate: 20 µm / s)

도 4는 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)Figure 4 is a photograph of an electron scanning microscope showing the two-dimensional colloidal crystals of 460nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 0.5%, lifting rate of back substrate: 45 µm / s)

도 5는 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정 샘플의 실사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)5 is a photogram of a two-dimensional colloidal crystal sample of 460 nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 0.5%, lifting rate of back substrate: 45 µm / s)

도 6은 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 75㎛/s) Figure 6 is a photograph of an electron scanning microscope showing the two-dimensional colloidal crystals of 460nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 0.5%, lifting rate of back substrate: 75 μm / s)

도 7은 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 삼차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다.(농도: 1.0%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)FIG. 7 is a photograph of an electron scanning microscope showing three-dimensional colloidal crystals of 460 nm polystyrene particles prepared according to the present invention. (Concentration: 1.0%, rear substrate lifting speed: 45 µm / s)

도 8은 본 발명에 의해 제조된 460nm 폴리스티렌 입자의 삼차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 2.0%, 뒷기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)8 is a photograph of an electron scanning microscope showing a three-dimensional colloidal crystals of 460nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 2.0%, rear substrate lifting speed: 45 µm / s)

도 9는 본 발명에 의해 제조된 600nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다.(농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 40㎛/s)Fig. 9 is a photograph of an electron scanning microscope showing two-dimensional colloidal crystals of 600 nm polystyrene particles prepared according to the present invention. (Concentration: 0.5%, rear substrate lifting speed: 40 µm / s)

도 10은 본 발명에 의해 제조된 360nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)10 is a photograph of an electron scanning microscope showing a two-dimensional colloidal crystal of 360nm polystyrene particles prepared by the present invention. (Concentration: 0.5%, lifting rate of back substrate: 45 µm / s)

도 11은 본 발명에 의해 제조된 260 nm 폴리스티렌 입자의 이차원 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 55㎛/s)FIG. 11 is a photograph of an electron scanning microscope showing two-dimensional colloidal crystals of 260 nm polystyrene particles prepared according to the present invention. (Concentration: 0.5%, speed of lifting up the back substrate: 55 µm / s)

도 12는 본 발명에 의해 제조된 230nm와 460nm 폴리스티렌 입자로 이루어진 바이너리 콜로이드 결정을 나타낸 전자주사현미경의 사진이다.12 is a photograph of an electron scanning microscope showing a binary colloidal crystal made of 230nm and 460nm polystyrene particles prepared by the present invention.

도 13은 본 발명에서 콜로이드 결정 제조시 비교예로서 더운 공기를 가하지 않은 상태에서 자기 조립된 콜로이드 입자 배열의 전자주사현미경 사진이다. (농도: 0.5%, 뒷 기판을 들어올리는 속도: 45㎛/s)FIG. 13 is an electron scanning micrograph of a colloidal particle array self-assembled without hot air as a comparative example when preparing a colloidal crystal in the present invention. (Concentration: 0.5%, lifting rate of back substrate: 45 µm / s)

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *Description of the main symbols in the drawings

10: 고정핀 11: 뒷 기판10: push pin 11: back substrate

12: 앞 기판 13: 더운 공기12: front substrate 13: hot air

14: 상승속도 15: 콜로이드 입자14: Ascent rate 15: Colloidal particles

16: 메니스커스 17: 측면 모세관력16: meniscus 17: side capillary force

18: 물의 흐름 19: 콜로이드 입자에 의해 고정된 메니스커스18: flow of water 19: meniscus fixed by colloidal particles

본 발명은 미세 공간 대류 조립 방법을 이용한 콜로이드 결정의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 두 기판 사이에 콜로이드 현탁액(colloidal suspension)을 주입하고, 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자들이 자기 조립하여 기판상에 이차원(two-dimensional) 및/또는 삼차원(three-dimensional)의 콜로이드 결정을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a colloidal crystal using a microspace convection assembly method, and more particularly, to a colloidal suspension is injected between two substrates, and colloidal particles are self-assembled by capillary force to two-dimensional on a substrate. A method of forming two-dimensional and / or three-dimensional colloidal crystals.

본 발명의 콜로이드 결정의 제조방법은 두 기판 사이의 미세 공간에 콜로이드 현탁액을 주입하는 단계, 콜로이드 현탁액의 용매를 제거하면서 한쪽 기판을 움직여 두 기판 사이의 미세 공간에 메니스커스(meniscus)를 형성하는 단계, 콜로이드 현탁액 용매의 제거에 의해 메니스커스의 콜로이드 현탁액의 용매가 제거되면서 발생하는 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자들이 자기 조립하여 기판상에 콜로이드 결정이 형성되는 단계를 포함한다. In the method of preparing a colloidal crystal of the present invention, injecting a colloidal suspension into a microcavity between two substrates, while removing a solvent of the colloidal suspension, moving one substrate to form a meniscus in the microcavity between the two substrates. And self-assembly of the colloidal particles by capillary forces generated by removing the solvent of the colloidal suspension of the meniscus by removing the colloidal suspension solvent to form colloidal crystals on the substrate.

콜로이드 결정을 제조하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 대표적인 콜로이드 결정 제조방법은 스핀코팅(spin-coating method)[R. P. van Duyne, et al., J. Phys. Chem. B. 105, 5599 (2001)], LB(Langmuir-Blodgett)[B. van Duffel, et al., J. Mater. Chem. 11. 3333 (2001)], 중력에 의한 침전(gravitational sedimentation)[H. Miguez, et al., Adv. Mater. 10, 480 (1998)], 대류조립(convective assembly)[K. Nagayama et al., Langmuir 12, 1303 (1996) & P. Jiang et al, Chem. Mater. 11, 2132 (1999)], 전기영동(electrophoretic deposition)[A. L. Rogach, et al., Chem. Mater. 12, 2721 (2000)] 등이 있다. There are many methods for preparing colloidal crystals, and typical colloidal crystal manufacturing methods are spin-coating methods [R. P. van Duyne, et al., J. Phys. Chem. B. 105, 5599 (2001), Langmuir-Blodgett (B) [B. van Duffel, et al., J. Mater. Chem. 11. 3333 (2001)], gravitational sedimentation [H. Miguez, et al., Adv. Mater. 10, 480 (1998)], convective assembly [K. Nagayama et al., Langmuir 12, 1303 (1996) & P. Jiang et al, Chem. Mater. 11, 2132 (1999)], electrophoretic deposition [A. L. Rogach, et al., Chem. Mater. 12, 2721 (2000).

스핀코팅 방법은 널리 알려진 이차원 콜로이드 결정의 제조방법으로 콜로이드 현탁액(suspension)을 기판 위에 두고 스핀 코팅할 때 물이 증발이 되면서 콜로이드 입자들이 원심력에 의해 자기 조립이 되는 현상을 이용한 것이다. 이 방법은 비교적 적은 양의 콜로이드 현탁액을 사용하기 때문에 경제적이지만, 밀도가 비교적 큰 실리카 나노 입자에만 쉽게 적용되는 방법이고, 넓은 면적에 균일한 이차원 콜로이드 결정을 만들어 내지 못하는 단점이 있다. The spin coating method is a well-known method for preparing two-dimensional colloidal crystals, in which colloidal particles are self-assembled by centrifugal force as water evaporates when a colloidal suspension is placed on a substrate and spin coated. This method is economical because it uses a relatively small amount of colloidal suspension, but is easily applied only to silica nanoparticles having a relatively high density, and has a disadvantage in that it does not produce uniform two-dimensional colloidal crystals in a large area.

LB(Langmuir-Blodgett) 방법은 물과 공기의 계면에 콜로이드 입자를 포함하는 유기 용매의 LB 필름을 만든 뒤에, 유기용매가 증발될 때 콜로이드 입자들이 자기 조립이 되는 현상을 이용한 것이다. 이 방법을 통해서는 비교적 넓은 면적에 이차원 콜로이드 결정을 만들 수 있지만, 콜로이드 입자 표면을 유기화해야 되고 물 과 공기 계면에 형성된 콜로이드 결정을 다시 기판으로 옮겨야 한다는 단점이 있다. The Langmuir-Blodgett (LB) method utilizes a phenomenon in which colloidal particles are self-assembled when an organic solvent is evaporated after making an LB film of an organic solvent containing colloidal particles at an interface between water and air. This method makes it possible to produce two-dimensional colloidal crystals in a relatively large area, but has the disadvantage of having to organicize the surface of the colloidal particles and transferring colloidal crystals formed at the water and air interface back to the substrate.

중력에 의한 침전법은 가장 먼저 알려진 방법으로 고분자 입자 및 실리카 나노 입자가 분산된 용액을 오랫동안 놓아두면 중력에 의해서 입자들이 침전이 되고 자기조립이 되는 현상을 이용한 것이다. 침전법은 비교적 쉬운 방법이어서 쉽게 접근할 수 있는 방법이지만, 콜로이드 결정 제조 시 많은 시간을 필요로 하게 되고, 넓은 면적에 결함이 없는 균일한 콜로이드 결정을 얻을 수 없는 단점이 있다. Gravity precipitation method is the first known method that takes advantage of the phenomenon that particles are precipitated and self-assembled by gravity when a solution containing polymer particles and silica nanoparticles is left for a long time. Precipitation is a relatively easy method, which is easily accessible, but requires a lot of time in preparing colloidal crystals, and has a disadvantage in that uniform colloidal crystals without defects in a large area cannot be obtained.

대류조립법은 고분자 및 실리카 콜로이드 입자가 분산된 용액 속에, 용액과 친화성이 있는 기판을 수직으로 놓아두게 되면, 용액이 기판 표면에서 계면장력에 의해 왜곡이 되고, 이 왜곡된 면에 콜로이드 입자들이 정렬이 되어 용매가 완전히 증발될 때 결정이 기판 위에 형성되는 원리를 이용한 것이다. 이 방법은 비교적 넓은 면적에 균일한 삼차원 콜로이드 결정을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 사용 가능한 입자의 크기에 제한이 있고 비교적 많은 시간을 필요로 한다는 단점을 가지고 있다. In the convection method, when a substrate having affinity for a solution is placed vertically in a solution in which polymer and silica colloid particles are dispersed, the solution is distorted by interfacial tension at the surface of the substrate, and the colloid particles are aligned on the distorted surface. This uses the principle that crystals form on the substrate when the solvent is completely evaporated. This method has the advantage of obtaining uniform three-dimensional colloidal crystals in a relatively large area, but has the disadvantage that it is limited in the size of available particles and requires a relatively long time.

또한 표면 전하를 띄는 나노 입자를 전극 사이에 두고, 전기장을 걸어 전극에 콜로이드 결정을 제조하는 전기 영동법도 보고되었다. 이 방법은 빠른 시간 내에 콜로이드 결정을 쌓을 수 있다는 장점이 있으나, 결함이 없는 콜로이드 결정을 제조하기엔 부적한 단점이 있다. Electrophoresis has also been reported in which colloidal crystals are produced on electrodes by placing an electric field between nanoparticles with surface charges and applying an electric field. This method has the advantage of being able to accumulate colloidal crystals in a short time, but it is disadvantageous to manufacture colloidal crystals without defects.

상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 두 기판 사이의 미세 공간에 콜로이드 현탁액을 주입한 후 콜로이드 현탁액의 용매를 제거하면서 한쪽 기판을 움직여 두 기판 사이의 미세 공간에 메니스커스(meniscus)를 형성하고, 콜로이드 현탁액 용매의 제거에 의해 메니스커스의 콜로이드 현탁액의 용매가 제거되면서 발생하는 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자들이 자기 조립하여 기판상에 콜로이드 결정이 형성되는 단계의 콜로이드 결정 제조방법 제공을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention injects a colloidal suspension into a microcavity between two substrates, and then moves one substrate while removing the solvent of the colloidal suspension to meniscus in the microcavity between the two substrates. ) And the colloidal particles are self-assembled by capillary forces generated by removing the solvent of the colloidal suspension of the meniscus by removing the colloidal suspension solvent to form colloidal crystals on the substrate. For the purpose.

본 발명은 콜로이드 현탁액 용매를 제거하면서 동시에 콜로이드 현탁액의 용매 제거 속도를 조절할 수 있으며, 콜로이드 현탁액 용매의 제거에 의해 콜로이드 입자들을 메니스커스로 이동시키는 흐름(convective flow)을 조절할 수 있다. 이러한 콜로이드 입자들의 흐름조절로 인해 기존의 방법으로는 용이하지 않은 다양한 크기의 콜로이드 입자를 빠른 시간 내에 대면적의 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 제조할 수 있다. The present invention can control the solvent removal rate of the colloidal suspension while removing the colloidal suspension solvent, and control the convective flow of moving the colloidal particles to the meniscus by removing the colloidal suspension solvent. Due to the flow control of the colloidal particles it is possible to prepare large-area two-dimensional colloidal crystals and / or three-dimensional colloidal crystals of various sizes colloidal particles, which is not easy by conventional methods in a short time.

본 발명은 미세 공간 대류조립(Confined convective assembly) 방법을 이용하여 제조한 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 바이오 센서 및 소자, 정보 저장 매체, 디스플레이 소자, 광학소자 등에 광범위하게 이용할 수 있다. The present invention can be widely used two-dimensional colloidal crystals and / or three-dimensional colloidal crystals prepared by using a confined convective assembly method, such as biosensors and devices, information storage media, display devices, optical devices.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 공간 대류 조립 방법을 이용한 콜로이드 결정의 제조방법은 두 기판 사이의 미세 공간에 콜로이드 현탁 액을 주입하는 단계, 콜로이드 현탁액의 용매를 제거하면서 한쪽 기판을 움직여 두 기판 사이의 미세 공간에 메니스커스(meniscus)를 형성하는 단계, 콜로이드 현탁액 용매의 제거에 의해 메니스커스의 콜로이드 현탁액의 용매가 제거되면서 발생하는 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자들이 자기 조립하여 기판상에 콜로이드 결정이 형성되는 단계를 포함한다.The method for preparing a colloidal crystal using the microspace convection assembly method of the present invention for achieving the above-mentioned object is a step of injecting a colloidal suspension into the microcavity between the two substrates, removing one solvent of the colloidal suspension Moving to form a meniscus in the microcavity between the two substrates, and colloidal particles self-assemble by the capillary force generated by removing the solvent of the colloidal suspension of the meniscus by removing the colloidal suspension solvent. Forming a colloidal crystal on the phase.

본 발명에서 기판은 종래 콜로이드 결정을 형성하는데 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 기판의 일예로서 유리 기판, 실리콘 기판, 알루미늄 기판, 실리카 기판, 금 기판, 폴리스티렌 기판, 폴리에스터 기판, 폴리다이메틸실록산(PDMS) 기판, 콜로이드 결정을 포함하는 기판 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.In the present invention, any substrate can be used as long as it can be used to form conventional colloidal crystals. As an example of such a substrate in the present invention, any one selected from a glass substrate, a silicon substrate, an aluminum substrate, a silica substrate, a gold substrate, a polystyrene substrate, a polyester substrate, a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate, and a substrate including a colloidal crystal may be used. Can be used.

본 발명의 미세 공간 대류 조립 방법을 이용한 콜로이드 결정 제조시 두 개의 기판중에서 하나의 기판은 움직이도록 하여, 기판의 움직임과 콜로이드 현탁액의 용매를 제거하면서 발생하는 모세관 힘에 의해 움직이는 기판 상에 콜로이드 입자들이 자기 조립되어 콜로이드 결정을 제조할 수 있다.In the preparation of colloidal crystals using the microspace convection assembly method of the present invention, one of the two substrates is moved so that the colloidal particles on the substrate are moved by the capillary force generated by the movement of the substrate and the removal of the solvent of the colloidal suspension. Self-assembly can produce colloidal crystals.

상기에서 두 기판 중에서 움직이는 기판은 움직이지 않은 기판에 대해 상하좌우 어느 방향으로 움직일 수 있다. 바람직하기로는 콜로이드 현탁액의 용매가 제거되면서 콜로이드 입자의 자기 조립이 용이하도록 움직이는 기판은 움직이지 않은 기판에 대해 상부로 움직이는 것이 좋다.In the above, the moving substrate among the two substrates may move in any of up, down, left and right directions with respect to the non-moving substrate. Preferably, the substrate that is moved to facilitate self-assembly of the colloidal particles while the solvent of the colloidal suspension is removed is preferably moved upward with respect to the substrate that is not moved.

상기에서 콜로이드 입자의 용매의 제거는 이로 인해 발생하는 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자의 자기 조립을 촉진하는 역할을 한다. 본 발명에서 콜로이드 현탁액 용매의 제거는 더운 공기를 콜로이드 현탁액에 공급하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 고온의 수증기를 콜로이드 현탁액에 공급하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 히터와 같은 가열장치를 이용하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 또는 기판을 포함하는 콜로이드 제조에 필요한 장비를 온도, 습도를 제어할 수 있는 챔버(chamber)에 넣어 챔버의 온도를 조절함으로써 콜로이드 현탁액의 용매의 증발속도를 제어하여 콜로이드 현탁액 용매의 제거를 용이하게 실시할 수 있다.The removal of the solvent of the colloidal particles serves to promote self-assembly of the colloidal particles by the capillary force generated thereby. Removal of the colloidal suspension solvent in the present invention is supplied by removing the solvent of the colloidal suspension by supplying hot air to the colloidal suspension, or by removing the solvent of the colloidal suspension by supplying hot water vapor to the colloidal suspension, or heating such as a heater By using the device to remove the solvent of the colloidal suspension by evaporation, or by adjusting the temperature of the chamber by controlling the temperature of the chamber by putting the equipment necessary for the preparation of the colloid including the substrate to control the temperature, humidity The rate of evaporation can be controlled to facilitate the removal of the colloidal suspension solvent.

상기에서 더운 공기 또는 고온의 수증기는 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거할 수 있을 정도의 온도를 지닌 것을 사용하면 족하고, 이러한 콜로이드 현탁액 용매의 종류에 따라 당업자가 공기, 수증기의 온도를 적의 결정할 수 있으므로 더운 공기 또는 고온의 수증기에 대한 자세한 내용은 이하 생략하기로 한다. Since hot air or high temperature steam can be used to have a temperature that can be removed by evaporating the solvent of the colloidal suspension, a person skilled in the art can determine the temperature of the air and steam appropriately according to the type of the colloidal suspension solvent. Details of hot air or high temperature steam will be omitted below.

본 발명에서 움직이는 기판은 아무런 처리도 하지 않은 보통의 기판을 사용하여 기판의 움직이는 속도와 콜로이드 현탁액 용매 제거에 의해 발생하는 모세관 힘을 이용하여 기판 상부에 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 제조할 수 있다.In the present invention, a moving substrate can be prepared using a normal substrate without any treatment to prepare two-dimensional colloidal crystals and / or three-dimensional colloidal crystals on the substrate by using capillary forces generated by the moving speed of the substrate and the removal of the colloidal suspension solvent. Can be.

일예로 기판을 움직일 때 기판을 상부로 움직이는 경우 메니스커스의 방향은 움직이는 기판에 형성되어 결국 움직이는 기판에 콜로이드 결정이 형성된다. 반면에, 기판을 아래로 움직이는 경우 메니스커스의 방향은 움직이지 않은 기판에 형성되어 결국 움직이지 않은 기판에 콜로이드 결정이 형성된다. 이처럼 기판을 어느 방향으로 움직이는가에 따라서 콜로이드 결정이 형성되는 기판을 조절할 수 있다.For example, when the substrate is moved upward when the substrate is moved, the direction of the meniscus is formed on the moving substrate, thereby forming colloidal crystals on the moving substrate. On the other hand, when the substrate is moved downward, the direction of the meniscus is formed on the non-moving substrate, and eventually colloidal crystals are formed on the non-moving substrate. In this way, the substrate in which the colloidal crystal is formed can be adjusted according to which direction the substrate is moved.

본 발명에서 두 개의 기판 사이에 존재하는 콜로이드 현탁액 중의 콜로이드 입자크기보다 크게 하도록 하여 콜로이드 현탁액이 두 기판 사이에 공급될 수 있을 정도의 기판 사이에 미세 공간을 형성하는 것이 좋다. 일예로 콜로이드 현탁액의 콜로이드 입자크기다 0.01∼10㎛인 경우 두 기판 사이의 미세 공간은 10∼100㎛으로 형성할 수 있다.In the present invention, it is preferable to make the microcavity between the substrates such that the colloidal suspension can be supplied between the two substrates by making it larger than the colloidal particle size in the colloidal suspension existing between the two substrates. For example, when the colloid particle size of the colloidal suspension is 0.01 to 10 μm, the microcavity between the two substrates may be formed to 10 to 100 μm.

본 발명에서 콜로이드 현탁액은 고분자 입자, 무기물 입자, 금속입자 중에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 사용하고, 콜로이드 현탁액 중의 용매는 물, 탄소수가 1∼10개인 알콜, 지방족 유기용매, 방향족 유기용매 중에서 선택된 어느 하나 이상를 적용할 수 있다.In the present invention, the colloidal suspension uses any one or more particles selected from polymer particles, inorganic particles, and metal particles, and the solvent in the colloidal suspension is any one selected from water, alcohol having 1 to 10 carbon atoms, aliphatic organic solvent, and aromatic organic solvent. The above can be applied.

상기에서 고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리알파메틸스티렌, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리디페닐메틸메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 스티렌-아크릴로니트를(SAN) 공중합체, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있고,In the above polymer particles, polystyrene, polymethylmethacrylate, polyacrylate, polyalphamethylstyrene, polyphenylmethacrylate, polydiphenylmethylmethacrylate, polycyclohexylmethacrylate, styrene-acrylonitrile ( SAN) copolymer, styrene-methyl methacrylate copolymer can be used any one or more,

금속입자는 금, 은, 알루미늄, 백금, 티타늄, 카드뮴, 철 중에서 선택된 어느 하나 이상 이상을 사용할 수 있고, Metal particles may be used at least one selected from gold, silver, aluminum, platinum, titanium, cadmium, iron,

무기물 입자는 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 지르코리아(ZrO2), 산화니켈(NiO), 산화제이주석(SnO2) 중에서 선택된 어느 하나 이상 이상을 사용할 수 있다.As the inorganic particles, one or more selected from silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium (ZrO 2 ), nickel oxide (NiO), and tin oxide (SnO 2 ) may be used.

상기에서 콜로이드 현탁액의 용매 중에서 지방족 유기용매는 헥산, 에틸렌 클리콜, 글리세롤, 퍼플루오르2-메틸2-펜텐, 클로로포름, 퍼플루오로데칼린 중에서 선택된 어느 하나 이상 이상을 사용할 수 있고, 방향족 유기용매는 벤젠, 톨루엔, 시클로헥산, 퍼플루오르시클로헥산, 클로로벤젠, 자일렌 중에서 선택된 어느 하나 이상 이상을 사용할 수 있다.In the solvent of the colloidal suspension, the aliphatic organic solvent may be any one or more selected from hexane, ethylene glycol, glycerol, perfluoro2-methyl2-pentene, chloroform, and perfluorodecalin, and the aromatic organic solvent may be benzene. At least one selected from among toluene, cyclohexane, perfluorocyclohexane, chlorobenzene, and xylene may be used.

본 발명에서 움직이는 기판의 움직임 속도를 조절하게 되면, 두 기판 사이에 형성되는 메니스커스의 모양이 변하게 된다. 메니스커스의 모양은 제조되는 콜로이드 결정의 두께를 결정하는 하나의 인자이기 때문에, 움직이는 기판의 움직임 속도를 조절함으로써 형성되는 콜로이드 결정의 두께 역시 조절을 할 수가 있다. 움직이는 기판의 움직임 속도가 느리게 되면, 완만한 형상을 가지는 메니스커스가 형성이 되게 되고, 콜로이드 결정은 다층구조로 쌓이게 된다. 반면, 빠르게 기판을 움직이게 되면, 급한(sharp) 형상을 가지는 메니스커스가 형성이 되기 때문에 콜로이드 결정은 듬성등성 생겨나게 된다. 그래서 적정한 속도로 기판을 들어올리게 되면, 하나의 층으로만 된 질 좋은 이차원 콜로이드 결정을 넓은 영역에 걸쳐 제조할 수 있다. In the present invention, when the movement speed of the moving substrate is adjusted, the shape of the meniscus formed between the two substrates is changed. Since the shape of the meniscus is one factor that determines the thickness of the colloidal crystals to be manufactured, the thickness of the colloidal crystals formed by controlling the moving speed of the moving substrate can also be controlled. When the moving speed of the moving substrate becomes slow, meniscus having a gentle shape is formed, and colloidal crystals are stacked in a multilayer structure. On the other hand, if the substrate is moved quickly, colloidal crystals are sparse because sharp meniscuses are formed. Thus, when the substrate is lifted at an appropriate speed, a high quality two-dimensional colloidal crystal composed of only one layer can be produced over a large area.

본 발명에서 움직이는 기판은 1∼1000㎛/s의 속도로 움직이도록 할 수 있다. 본 발명에서 움직이는 기판을 다양한 속도로 움직여 본바, 본 발명의 목적에 부합하기 위해서는 움직이는 기판의 움직임 속도가 전술한 수치로 사용하는 것이 좋다.The substrate moving in the present invention can be moved at a speed of 1 ~ 1000㎛ / s. As the moving substrate is moved at various speeds in the present invention, in order to meet the object of the present invention, the moving speed of the moving substrate is preferably used as the above-described numerical value.

본 발명에서 콜로이드 현탁액의 농도를 변화시킴으로써 제조되는 콜로이드 결정의 두께를 역시 조절할 수 있다. 콜로이드 현탁액의 농도가 높은 경우에는 메니스커스로 모여드는 입자의 수가 많아지기 때문에, 제조되는 콜로이드 결정의 두 께 또한 증가하는 경향을 보여주고, 농도가 낮을 경우는 반대의 경향을 보여준다. 그리고 단층 구조를 가지는 이차원 콜로이드 결정을 얻기 위한, 기판의 들어올리는 속도는 농도가 진해질수록 더 증가해야 한다는 것을 알 수 있다. The thickness of the colloidal crystals produced can also be controlled by varying the concentration of the colloidal suspension in the present invention. When the concentration of the colloidal suspension is high, since the number of particles gathered into the meniscus increases, the thickness of the colloidal crystals produced also tends to increase, and when the concentration is low, the opposite trend is shown. And in order to obtain a two-dimensional colloidal crystal having a monolayer structure, it can be seen that the lifting speed of the substrate should increase as the concentration increases.

본 발명에서 콜로이드 현탁액의 농도는 0.1∼20%인 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 다양한 농도의 콜로이드 현탁액을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하기 위해서는 콜로이드 현탁액의 농도가 전술한 수치로 사용하는 것이 좋다.In the present invention, the concentration of the colloidal suspension may be used 0.1 to 20%. In the present invention, various concentrations of the colloidal suspension are applied. In order to meet the object of the present invention, it is preferable to use the concentration of the colloidal suspension as described above.

본 발명에서 콜로이드 결정을 제조시 단층의 콜로이드 결정을 층층이 쌓아가면서(layer-by-layer growth) 다층구조 콜로이드 결정을 제조하는 것 또한 가능하고, 크기가 다른 콜로이드 입자들을 연속적으로 쌓아가면서 기존의 결정구조와는 다른 결정구조를 가지는 다층구조 콜로이드 결정을 제조할 수 있으며, 또한 본 발명에서 움직이는 기판으로서 한 종류의 콜로이드 결정이 형성된 기판을 사용하고 움직이는 기판에 형성된 콜로이드 결정과 다른 종류의 입자를 지닌 콜로이드 현탁액을 사용하는 경우 서로 다른 이종의 콜로이드 결정을 하나의 기판에 제조할 수 있다. 그리고 본 방법을 사용하면, 다른 방법으로 제조된 콜로이드 결정이나 나노 패터닝이 된 기판 위에도 새로운 구조를 가지는 콜로이드 결정의 층이나 패턴을 제조할 수 있다. 상기에서 움직이는 기판으로서 콜로이드 결정이 형성된 기판은 상기에서 언급한 고분자 입자, 무기물 입자, 금속입자 중에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함하는 콜로이드 결정이 형성된 기판을 사용할 수 있다.When preparing a colloidal crystal in the present invention, it is also possible to prepare a multi-layered colloidal crystal by stacking a single layer of colloidal crystals (layer-by-layer growth), and by continuously stacking colloidal particles of different sizes in the existing crystal structure. A multi-layered colloidal crystal having a crystal structure different from that can be prepared, and in the present invention, a colloidal suspension having a colloidal crystal formed on a moving substrate and a colloidal suspension formed of a colloidal crystal formed on a moving substrate is used as a moving substrate. In the case of using different heterogeneous colloidal crystals can be prepared in one substrate. Using this method, a layer or pattern of a colloidal crystal having a new structure can also be produced on a colloidal crystal or a nanopatterned substrate prepared by another method. As the substrate in which the colloidal crystal is formed as the moving substrate, a substrate in which the colloidal crystal including any one or more particles selected from the above-mentioned polymer particles, inorganic particles, and metal particles may be used.

한편 본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 콜로이드 결정을 제조한 기판에 자기 조립된 콜로이드 입자의 공극에 반도체, 금속, 금속산화물, 유기물, 유기 물 유도체 중에서 선택된 어느 하나 이상을 충전하는 단계를 추가로 더 포함하도록 하여 콜로이드 결정을 제조할 수 있다.On the other hand, the present invention further comprises the step of filling any one or more selected from semiconductors, metals, metal oxides, organics, organic derivatives in the pores of the colloidal particles self-assembled in the substrate prepared colloidal crystals by the above-mentioned method The colloidal crystal can be prepared by further containing.

상기에서 반도체는 Si, CdS, CdSe, GaAs, GaAlAs, ZnS, Ge 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있고,The semiconductor may be any one or more selected from Si, CdS, CdSe, GaAs, GaAlAs, ZnS, Ge,

금속은 금, 은, 알루미늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 카드뮴, 철 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있고,The metal may be any one or more selected from gold, silver, aluminum, aluminum, platinum, titanium, cadmium and iron,

금속산화물은 산화알루미늄, 산화철, 산화아연, 산화 마그네숨, 산화 안티몬 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있고,The metal oxide may be any one or more selected from aluminum oxide, iron oxide, zinc oxide, magnesium oxide, and antimony oxide,

유기물 및 유기물 유도체는 폴리(파라-페닐렌비닐렌), 폴리티오펜, 폴리(파라-페닐렌), 폴리퀴놀린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리플로렌, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리티오펜, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기물 및 이들 유기물의 유도체를 사용할 수 있다.Organics and organic derivatives include poly (para-phenylenevinylene), polythiophene, poly (para-phenylene), polyquinoline, polypyrrole, polyacetylene, polyflorene, polydimethylsiloxane (PDMS), polythiophene , At least one organic material selected from polyurethane and derivatives of these organic materials can be used.

이하 본 발명의 일예를 도면에 의해서 간단히 설명하고자 한다.Hereinafter, an example of the present invention will be briefly described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 효율적으로 제조하는 방법을 나타낸 도식화이고, 도 2는 본 발명의 콜로이드 결정 제조시 사용하는 실험 장치에서 기판의 정면과 측면을 나타낸 사진이다.1 is a schematic diagram showing a method for efficiently producing a two-dimensional colloidal crystal and / or a three-dimensional colloidal crystal of the present invention, Figure 2 is a photograph showing the front and side of the substrate in the experimental apparatus used in the preparation of the colloidal crystal of the present invention. .

도 1에서와 같이 두 기판(substrate)(11)(12) 사이의 100㎛의 미세 공간에 콜로이드 현탁액을 주입하고, 더운 공기(13)를 가해주면서 뒤에 있는 기판(12)을 일정한 속도(14)로 서서히 들어올린다. 그러면 두 기판 사이에서 콜로이드 현탁액 의 메니스커스(16)가 생겨나게 되는데, 메니스커스 상의 콜로이드 현탁액의 용매가 더운 공기에 의해 빠르게 증발을 하게 되고, 용매가 증발되면서 생기는 측면 모세관 힘(lateral capillary force)(17)에 의해 콜로이드 입자들이 뒷 기판(11) 위에 자기조립 (self-assembly) 하게 되어 콜로이드 결정이 제조된다. As shown in FIG. 1, a colloidal suspension is injected into a 100 μm microcavity between two substrates 11 and 12 and a constant velocity 14 is applied to the substrate 12 behind while applying hot air 13. Lift it up slowly. This results in the meniscus 16 of the colloidal suspension between the two substrates, where the solvent of the colloidal suspension on the meniscus is rapidly evaporated by hot air and the lateral capillary force generated by the evaporation of the solvent. Colloidal particles are self-assembled on the back substrate 11 by (17) to produce colloidal crystals.

상기 도 1에서 도면부호 10은 두 기판이 놓여지는 고정판을 고정하는 고정핀이고, 도면부호 18은 콜로이드 현탁액의 용매 흐름이고, 도면보호 19는 콜로이드 입자에 의해 고정된 메니스커스를 나타낸다.In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a fixing pin for fixing a fixed plate on which two substrates are placed, reference numeral 18 denotes a solvent flow of a colloidal suspension, and reference numeral 19 denotes a meniscus fixed by colloidal particles.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail through examples and test examples. However, these are intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 뒷기판을 들어올리는 속도 조절에 따른 콜로이드 결정의 제조 I Example 1 Preparation of Colloidal Crystals by Controlling the Rate of Lifting Back Substrate I

고분자 입자로는 에멀전 중합으로 만들어진 폴리스티렌 콜로이드 입자를, 용매로는 물을 사용하였다. As the polymer particles, polystyrene colloid particles made by emulsion polymerization were used, and water was used as the solvent.

폴리스티렌 460nm 크기의 입자를 물에 분산시켜 농도가 0.5%인 폴리스티렌 현탁액을 제조하였다.Polystyrene 460 nm size particles were dispersed in water to prepare a polystyrene suspension having a concentration of 0.5%.

상기의 폴리스티렌 현탁액 50㎕를 마이크로 피펫을 사용하여 두 유리 기판(11)(12) 사이의 미세공간에 주입하였다. 그리고 더운 공기(13)를 가하면서, 뒷 기판(11)을 20㎛/s의 속도로 들어올리며 콜로이드 결정을 제조하였다. 50 μl of the above polystyrene suspension was injected into the microcavity between two glass substrates 11 and 12 using a micropipette. Then, while applying hot air 13, the rear substrate 11 was lifted at a rate of 20㎛ / s to prepare a colloidal crystal.

상기 과정을 통해서 약 10분 후, 뒷 기판 위에 460nm 폴리스티렌 입자의 콜로이드 결정이 얻어졌다. 이는 도 3의 전자주사현미경 관찰 결과를 통해 알 수 있는데, 얻어진 콜로이드 결정은 3층으로 이루어진 삼차원 콜로이드 결정이었다. After about 10 minutes through this procedure, colloidal crystals of 460nm polystyrene particles were obtained on the back substrate. This can be seen from the electron scanning microscope observation result of FIG. 3, and the obtained colloidal crystal was a three-dimensional colloidal crystal composed of three layers.

<실시예 2> 뒷기판을 들어올리는 속도 조절에 따른 콜로이드 결정의 제조 II Example 2 Preparation of Colloidal Crystals by Controlling the Rate of Lifting Back Substrate II

뒷 기판을 45㎛/s의 속도로 들어올리는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 4와 도 5의 전자 주사 현미경과 디지털카메라 관찰 결과를 통해 알 수 있는데, 얻어진 콜로이드 결정은 1층으로 이루어진 질 높은(high-quality) 이차원 콜로이드 결정이었고, 기판 전체에 걸쳐 매우 넓고 균일하게 형성이 되었음을 알 수 있었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that the rear substrate was lifted at a rate of 45 μm / s. This can be seen from the electron scanning microscope and digital camera observation results of FIGS. 4 and 5. The colloidal crystal obtained was a high-quality two-dimensional colloidal crystal composed of one layer and formed very wide and uniformly throughout the substrate. It can be seen that.

<실시예 3> 뒷기판을 들어올리는 속도 조절에 따른 콜로이드 결정의 제조 III Example 3 Preparation of Colloidal Crystals by Controlling the Rate of Lifting Back Substrate III

뒷기판을 75㎛/s의 속도로 들어올리는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 6의 전자주사현미경 관찰 결과를 통해 알 수 있는데, 얻어진 콜로이드 입자들은 곳곳에 빈 공간이 보이는 듬성듬성한 구조(sparse structure)로 배열하고 있었다.Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that the rear substrate was lifted at a rate of 75 μm / s. This can be seen from the electron scanning microscope observation result of FIG. 6, and the colloidal particles obtained were arranged in a sparse structure in which empty spaces were visible everywhere.

<실시예 4> 콜로이드 현탁액 농도 조절에 따른 콜로이드 결정의 제조 IExample 4 Preparation of Colloidal Crystals by Controlling Colloidal Suspension Concentration I

콜로이드 현탁액의 농도를 1.0%로 증가시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 7의 전자 주사 현미경 관찰 결과를 통해 알 수 있는데, 얻어진 콜로이드 결정은 2층으로 3차원 콜로이드 결정이었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the colloidal suspension was increased to 1.0%. This can be seen from the electron scanning microscope observation result of FIG. 7. The colloidal crystals obtained were three-dimensional colloidal crystals in two layers.

<실시예 5> 콜로이드 현탁액 농도 조절에 따른 콜로이드 결정의 제조 IIExample 5 Preparation of Colloidal Crystals by Controlling Colloidal Suspension Concentration II

콜로이드 현탁액의 농도를 2.0 %로 증가시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 8의 전자주사현미경 관찰 결과를 통해 알 수 있는데, 얻어진 콜로이드 결정은 4층으로 3차원 콜로이드 결정이었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the colloidal suspension was increased to 2.0%. This can be seen from the electron scanning microscope observation result of FIG. 8, and the colloidal crystal obtained was a three-dimensional colloidal crystal with four layers.

<실시예 6> 콜로이드 입자 크기에 따른 이차원 콜로이드 결정의 제조 IExample 6 Preparation of Two-Dimensional Colloidal Crystals According to Colloidal Particle Size I

콜로이드 현탁액 제조시 600nm 크기의 폴리스티렌 입자를 사용하고, 뒷 기판을 40㎛/s의 속도로 들어 올리는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 9의 전자 주사 현미경 관찰 결과를 통해서 알 수 있으며, 제조된 콜로이드 결정은 1층으로 이루어진 이차원 콜로이드 결정이었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1 except that polystyrene particles having a size of 600 nm were used for preparing the colloidal suspension, and the rear substrate was lifted at a speed of 40 μm / s. This can be seen through the electron scanning microscopic observation of Figure 9, the colloidal crystal prepared was a two-dimensional colloidal crystal composed of one layer.

<실시예 7> 콜로이드 입자 크기에 따른 이차원 콜로이드 결정의 제조 IIExample 7 Preparation of Two-Dimensional Colloidal Crystals According to Colloidal Particle Sizes II

콜로이드 현탁액 제조시 360nm 크기의 폴리스티렌 입자를 사용하고, 뒷 기판을 45㎛/s의 속도로 들어 올리는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으 로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 10의 전자주사현미경 관찰 결과를 통해서 알 수 있으며, 제조된 콜로이드 결정은 1층으로 이루어진 이차원 콜로이드 결정이었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1 except that polystyrene particles having a size of 360 nm were used for preparing the colloidal suspension, and the rear substrate was lifted at a speed of 45 μm / s. This can be seen through the electron scanning microscope observation result of Figure 10, the prepared colloidal crystal was a two-dimensional colloidal crystal consisting of one layer.

<실시예 8> 콜로이드 입자 크기에 따른 이차원 콜로이드 결정의 제조 IIIExample 8 Preparation of Two-Dimensional Colloidal Crystals According to Colloidal Particle Size III

콜로이드 현탁액 제조시 260nm 크기의 폴리스티렌 입자를 사용하고, 뒷 기판을 50㎛/s의 속도로 들어 올리는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 제조하였다. 이는 도 11의 전자 주사 현미경 관찰 결과를 통해서 알 수 있으며, 제조된 콜로이드 결정은 1층으로 이루어진 이차원 콜로이드 결정이었다. Colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that polystyrene particles having a size of 260 nm were used to prepare the colloidal suspension, and the rear substrate was lifted at a rate of 50 µm / s. This can be seen through the electron scanning microscope observation result of FIG. 11, and the colloidal crystal prepared was a two-dimensional colloidal crystal composed of one layer.

<실시예 9> 실리카 콜로이드 결정의 제조Example 9 Preparation of Silica Colloidal Crystals

콜로이드 현탁액 제조시 400 nm 크기의 실리카 입자를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 실리카 콜로이드 결정을 제조하였다.Silica colloidal crystals were prepared in the same manner as in Example 1, except that 400 nm silica particles were used to prepare the colloidal suspension.

<실시예 10> 두께가 두꺼운 삼차원 콜로이드 결정의 제조Example 10 Preparation of Thick 3D Colloidal Crystals

콜로이드 현탁액의 농도를 10%로 증가시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 삼차원 콜로이드 결정을 제조하였다. A three-dimensional colloidal crystal was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the colloidal suspension was increased to 10%.

<실시예 11> 바이너리 콜로이드 결정 (binary colloidal crystals) 의 제조 Example 11 Preparation of Binary Colloidal Crystals

상기 실시예 2를 통하여 얻은 이차원 콜로이드 결정이 있는 기판을 뒷 기판으로 사용하였다.A substrate having a two-dimensional colloidal crystal obtained in Example 2 was used as a rear substrate.

입자크기가 230nm인 폴리스티렌 현탁액 0.1% 용액 50㎕를 마이크로 피펫을 사용하여 두 개의 기판 사이의 미세 공간에 주입하고, 더운 공기를 가하면서, 뒷 기판을 45㎛/s의 속도로 들어올리며 상기과정을 수회 반복하였다. 50 µl of a 0.1% solution of a 230% polystyrene suspension with a particle size of 230 nm is injected into the microcavity between the two substrates using a micro pipette and the rear substrate is lifted at a rate of 45 µm / s while applying hot air. Repeated several times.

주사 전자 현미경의 관찰결과 이러한 연속과정을 거치게 되면, 도 12에 보이는 사진처럼 큰 입자의 이차원 콜로이드 결정 위에 작은 입자들이 이차원 결정구조격자를 가지며 배열되어 있는 바이너리 콜로이드 결정을 제조할 수 있음을 알 수 있었다. As a result of the scanning electron microscopy, it was found that through this continuous process, binary colloidal crystals in which small particles were arranged with two-dimensional crystal structure lattice on two-dimensional colloidal crystals of large particles as shown in FIG. .

<비교예>Comparative Example

상기 실시예 1에서 더운 공기를 가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 콜로이드 결정을 얻었다. 이는 도 13의 전자 주사 현미경 관찰 결과를 통하여 알 수 있으며, 더운 공기를 가하지 않음으로 인해 물의 증발 속도가 줄어들어 콜로이드 입자들이 메니스커스로 이동하지 못해 콜로이드 결정이 형성되지 않음을 보여준다. Colloidal crystals were obtained in the same manner as in Example 1, except that hot air was not added in Example 1. This can be seen through the electron scanning microscope observation of FIG. 13, and shows that the colloidal particles do not move to the meniscus because the evaporation rate of water decreases due to no addition of hot air, thereby forming no colloidal crystals.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

본 발명에 의하면, 매우 적은 양의 콜로이드 현탁액을 사용하여 빠른 시간내에 질 좋은 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 넓은 영역에 걸쳐서 제조할 수 있으며, 넓은 영역에 걸친 균일한 콜로이드 결정을 필요로 하는 바이오 소자 및 센서, 정보 저장 매체, 광학소자, 디스플레이 소자 등의 제작에 있어 본 발명이 유용하게 활용될 수 있다. According to the present invention, very small amounts of colloidal suspensions can be used to prepare high quality two-dimensional colloidal crystals and / or three-dimensional colloidal crystals over a large area in a short time and require uniform colloidal crystals over a large area. The present invention may be usefully used in the manufacture of bio devices and sensors, information storage media, optical devices, display devices, and the like.

그리고 본 발명은 콜로이드 결정의 제조 뿐만 아니라 기판 위에 박막 필름을 제조하는 새로운 코팅기술을 제시하고 있다. In addition, the present invention proposes a new coating technology for producing a thin film on a substrate as well as the preparation of colloidal crystals.

한편 본 발명에 의해 얻은 이차원 콜로이드 결정 및/또는 삼차원 콜로이드 결정을 리소그라피의 마스크, 이차원 나노배열(nano-array) 제조를 위한 템플레이트 (template), 다른 콜로이드 결정의 성장을 위한 템플레이트, 촉매의 지지체, 세포 성장을 위한 기판 (cell scaffolds), 광결정(photonic bandgap crystals)으로 사용할 수 있다. Meanwhile, the two-dimensional colloidal crystal and / or three-dimensional colloidal crystal obtained by the present invention may be used as a mask for lithography, a template for preparing a two-dimensional nanoarray, a template for growing other colloidal crystals, a support for a catalyst, a cell It can be used as cell scaffolds and photonic bandgap crystals.

Claims (18)

두 기판 사이의 미세 공간에 콜로이드 현탁액을 주입하는 단계, Injecting a colloidal suspension into the microcavity between the two substrates, 콜로이드 현탁액의 용매를 제거하면서 한쪽 기판을 움직여 두 기판 사이의 미세 공간에 메니스커스(meniscus)를 형성하는 단계, Moving one substrate while removing the solvent of the colloidal suspension to form a meniscus in the microcavity between the two substrates, 콜로이드 현탁액 용매의 제거에 의해 메니스커스의 콜로이드 현탁액의 용매가 제거되면서 발생하는 모세관 힘에 의해 콜로이드 입자들이 자기 조립하여 기판상에 콜로이드 결정이 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.Preparation of colloidal crystals, characterized in that colloidal particles are self-assembled to form colloidal crystals on a substrate by capillary forces generated by removing the solvent of the colloidal suspension of the meniscus by removing the colloidal suspension solvent. Way. 제1항에 있어서, 기판은 유리 기판, 실리콘 기판, 알루미늄 기판, 실리카 기판, 금 기판, 폴리스티렌 기판, 폴리에스터 기판, 폴리다이메틸실록산(PDMS) 기판 콜로이드 결정을 포함하는 기판 중에서 선택된 어느 하나 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The substrate of claim 1, wherein the substrate is any one selected from among a glass substrate, a silicon substrate, an aluminum substrate, a silica substrate, a gold substrate, a polystyrene substrate, a polyester substrate, and a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The manufacturing method of the colloidal crystal made into. 제1항에 있어서, 두 개의 기판 중에서 콜로이드 결정이 형성될 기판은 고분자, 금속, 무기물 중에서 선택된 어느 하나의 입자로부터 형성된 콜로이드 결정을 포함하는 기판을 적용하여 다층 구조의 콜로이드 결정을 얻을 수 있는 콜로이드 결정의 제조방법.The colloidal crystal of claim 1, wherein the substrate on which the colloidal crystal is to be formed among the two substrates is formed by applying a substrate including a colloidal crystal formed from any one particle selected from a polymer, a metal, and an inorganic material. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 두 기판 사이의 미세 공간은 10∼100㎛ 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the microcavity between the two substrates is 10 to 100 μm. 제1항에 있어서, 콜로이드 현탁액은 고분자 입자, 무기물 입자, 금속입자 중에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함하는 콜로이드 현탁액 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the colloidal suspension is a colloidal suspension comprising any one or more particles selected from polymer particles, inorganic particles, and metal particles. 제1항에 있어서, 콜로이드 현탁액의 콜로이드 입자는 0.01∼10㎛ 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the colloidal particles of the colloidal suspension is 0.01 to 10㎛. 제1항에 있어서, 콜로이드 현탁액 중의 용매는 물, 탄소수가 1∼10개인 알콜, 지방족 유기용매, 방향족 유기용매 중에서 선택된 어느 하나 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the solvent in the colloidal suspension is any one selected from water, alcohol having 1 to 10 carbon atoms, aliphatic organic solvent, and aromatic organic solvent. 제1항에 있어서, 콜로이드 현탁액의 농도는 0.1∼20% 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the concentration of the colloidal suspension is 0.1 to 20%. 제1항에 있어서, 움직이는 기판은 1∼1000㎛/s의 속도로 움직이는 것을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, wherein the moving substrate moves at a speed of 1 to 1000 μm / s. 제1항에 있어서, 콜로이드 현탁액의 용매 제거는 더운 공기를 콜로이드 현탁액에 공급하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 고온의 수증기를 콜로이드 현탁액에 공급하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 가열장치를 이용하여 콜로이드 현탁액의 용매를 증발시켜 제거하거나, 또는 기판을 포함하는 콜로이드 제조에 필요한 장비를 온도, 습도를 제어할 수 있는 챔버(chamber)에 넣어 챔버의 온도를 조절하여 실시함을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The solvent removal of the colloidal suspension according to claim 1, wherein the solvent removal of the colloidal suspension is performed by supplying hot air to the colloidal suspension to evaporate the solvent of the colloidal suspension, or by supplying hot water vapor to the colloidal suspension to remove the solvent of the colloidal suspension by evaporation, or heating. It is carried out by adjusting the temperature of the chamber by removing the solvent of the colloidal suspension by using an apparatus, or by putting the equipment necessary for manufacturing the colloid including the substrate into a chamber for controlling temperature and humidity. Method for producing a colloidal crystals. 제1항에 있어서, 자기조립된 콜로이드 입자의 공극에 반도체, 금속, 금속산화물, 유기물, 유기물 유도체 중에서 선택된 어느 하나 이상을 충전하는 단계를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 1, further comprising filling the pores of the self-assembled colloidal particles with at least one selected from a semiconductor, a metal, a metal oxide, an organic material, and an organic derivative. 제5항에 있어서, 고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리알파메틸스티렌, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리디페닐메틸메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 스티렌-아크릴로니트를(SAN) 공중합체, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 5, wherein the polymer particles are polystyrene, polymethylmethacrylate, polyacrylate, polyalphamethylstyrene, polyphenylmethacrylate, polydiphenylmethylmethacrylate, polycyclohexyl methacrylate, styrene-acrylic. A method of producing a colloidal crystal, characterized in that at least any one selected from (SAN) copolymer, styrene-methyl methacrylate copolymer. 제5항에 있어서, 금속입자는 금, 은, 알루미늄, 백금, 티타늄, 카드뮴, 철 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 5, wherein the metal particles are any one or more selected from gold, silver, aluminum, platinum, titanium, cadmium, and iron. 제5항에 있어서, 무기물 입자는 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 지르코리아(ZrO2), 산화니켈(NiO), 산화제이주석(SnO2) 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 5, wherein the inorganic particles are silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium (ZrO 2 ), nickel oxide (NiO), tin oxide (SnO 2 ), characterized in that any one or more selected from. Method for preparing colloidal crystals. 제11항에 있어서, 반도체는 Si, CdS, CdSe, GaAs, GaAlAs, ZnS, Ge 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 11, wherein the semiconductor is any one or more selected from Si, CdS, CdSe, GaAs, GaAlAs, ZnS, and Ge. 제11항에 있어서, 금속은 금, 은, 알루미늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 카드뮴, 철 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 11, wherein the metal is any one or more selected from gold, silver, aluminum, aluminum, platinum, titanium, cadmium, and iron. 제11항에 있어서, 금속산화물은 산화알루미늄, 산화철, 산화아연, 산화 마그네숨, 산화 안티몬 중에서 선택된 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 11, wherein the metal oxide is at least one selected from aluminum oxide, iron oxide, zinc oxide, magnesium oxide, and antimony oxide. 제11항에 있어서, 유기물 및 유기물 유도체는 폴리(파라-페닐렌비닐렌), 폴리티오펜, 폴리(파라-페닐렌), 폴리퀴놀린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리플로렌, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리티오펜, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기물 및 이들 유기물의 유도체 임을 특징으로 하는 콜로이드 결정의 제조방법.The method of claim 11, wherein the organics and organic derivatives are poly (para-phenylenevinylene), polythiophene, poly (para-phenylene), polyquinoline, polypyrrole, polyacetylene, polyfluorene, polydimethylsiloxane ( PDMS), polythiophene, a method for producing colloidal crystals, characterized in that any one or more organics selected from polyurethanes and derivatives of these organics.
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