KR100291482B1 - 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료 및 그 제조방법 - Google Patents

이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

금속, 글라스, 세라믹스 또는 플라스틱 등과 같은 각종 기재의 표면에 이산화티탄의 결정배향막을 형성한 항균성, 오염방지성, 초친수성 등의 우수한 성질을 갖는 재료와 그러한 재료의 효율적인 제조방법을 제공하기 위한 것이며, 기화된 티탄알콕시드를 담체로 되는 불활성 기체와 함께 대기압개방하에서 가열된 기재의 표면에 불어서 칠함으로써 결정배향막이 결정표면과 수직방향으로 (001), (100), (211), (101) 및 (110)으로 이루어진 결정면으로부터 선택된 방향으로 배향된 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막을 형성하여 효율이 좋은 항균성, 초친수성 등의 우수한 성질을 갖는 재료를 얻는다.

Description

이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료 및 그 제조방법
[기술분야]
이 발명은 금속, 글라스, 도자기, 세라믹스 또는 플라스틱 등과 같은 각종 기재의 표면에 이산화티탄으로 된 결정배향막을 갖는 재료에 관한 것이다. 이 발명의 이산화티탄결정배향막을 갖는 재료는 항균작용, 오염방지작용, 초친수성 작용등의 우수한 특성을 갖고, 조리기구, 식기, 냉장고 등의 주방용품, 의료용 기구, 화장실이나 세면장용 재료, 에어콘의 휠터, 전자부품, 건축재료, 도로관련재료 등에 폭넓게 이용되는 것이다.
[배경기술]
이산화티탄 박막이 광촉매반응에 의한 각종의 기능을 갖는 것은 종래로부터 공지되어 있고, 금속재료, 반도체소자, 플라스틱 재료 등의 각종 기재의 표면에 이산화티탄박막을 형성해서 반사방지재료, 센서재료, 절연재료 등으로 이용하는 것이 알려져 있다.
이러한 종래의 이산화티탄 박막형성방법 중에 코팅법이나 침적법에 의해서는 이산화티탄의 결정배향막을 얻을 수 없고,스팩터링법에 있어서는 얻어지는 박막의 결정구조를 제어하기가 곤란하다. 또한, 종래의 열간 CVD법에 있어서는 기재표면에 결정성의 이산화티탄박막을 형성시키기 위해서는 기재를 통상적으로 500~800℃ 정도의 온도로 가열하고, 박막의 형성을 밀폐된 도금실에서 감압하에 행할 필요가 있었다. 이러한 종래의 열간 CVD법에서는 이산화티탄 박막의 퇴적속도는 매우 느려지고, 얻어지는 박막의 결정구조를 제어하기가 곤란해지며, 어떤 특정방향으로 배향된 결정배향막을 얻을 수 없었다.
그러므로, 이 발명은 기재표면에 특정방향으로 배향된 이산화티탄의 결정배향막을 갖는 재료를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 이 발명은 기재표면에 특정방향으로 배향된 이산화티탄의 결정배향막을 갖는 재료를 저온으로 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
제1도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조에 사용하는 대기업갸방 열간 CVD장치의 개략적인 선도이고,
제2도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 결정배향막의 일례의 X선 회절도이며,
제3도는 제2도의 이산화티탄 다결정배향막의 주사형 전자현미경(이하에서는 'SEM'이라고 칭함) 사진이고,
제4도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제5도는 제4도의의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제6도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제7도는 제6도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제8도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제9도는 제8도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제10도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제11도는 제10도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제12도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 단결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제13도는 제12도의 이산화티탄 단결정배향막의 원자간력 현미경(이하에서는 'AFM'이라고 칭함) 사진이고,
제14도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제15도는 제14도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제16도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제17도는 제16도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제18도는 이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 표면에 형성한 이산화티탄 다결정배향막의 다른 예의 X선 회절도이며,
제19도는 제18도의 이산화티탄 다결정배향막의 SEM사진이고,
제20도는 결정입자의 직경분포의 산출방법을 설명하는 도면이다.
이 발명의 발명자들은 얻어진 특정방향으로 배향된 이산화티탄의 결정배향막이 현저한 항균작용, 오염방지작용, 초친수성작용 등의 우수한 특성을 가짐을 발견했다.
이 발명의 기재표면에 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료는 결정배향막이 결정표면과 수직방향으로 (001), (100),(211), (101) 및 (110)으로 이루어진 결정면으로부터 선택된 방향으로 배향된 것을 특징으로 한다. 그러나, 기재표면에상기 특정방향으로 배향된 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막을 형성함으로써 비로소 현저한 항균성 오염방지성 등의 우수한 현상을 갖는 재료를 얻을 수 있다. 기재로서는 금속, 글라스, 도자기, 세라믹스 또는 플라스틱 등과 이러한 재료의 표면에 도금 등에 의해 백금, 은, 크롬 등의 금속에 의한 피막을 붙인 것도 사용할 수 있다.
이 발명의 이산화티탄 결정배향막이라 함은 이산화티탄의 단결정으로 이루어진 배향막 및 다결정으로 이루어진 배향막을 의미한다. 여기에서, 단결정배향막이라 함은 재료학의 분야에서 통상적으로 사용되는 바와 같이 배향막 전체가 단일의 결정으로 구성되었을 뿐만 아니라 배향막이 3차원 방향의 결정방위가 일치하는 다수의 결정에 의해 구성된 것도 포함하는 것이다.
위와 같은 이 발명의 특정방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료는 기화된 티탄알콕시드(원료복합체)를 담체로 이루어진 불활성 기체와 함께 대기압개방하에 가열된 기재표면에 불어서 칠함으로써 비로소 제조가 가능해진 것이다.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
이 발명의 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료로 이용하는 기재로서는 특별한 제한이 없이 이산화티탄을 불어서 칠할 때의 가열에 견딜 재료라면 어느 것이라도 사용할 수 있지만, 통상적으로는 금속, 글라스, 세라믹스, 도자기 및 플라스틱등을 사용한다. 이러한 재료 중에서도 스테인레스강, 스틸 등의 금속류가 이산화티탄 결정배향막과의 밀착성이나 배향막형성후의 가공성의 관점에서 특히 양호하다. 또한, 이러한 재료, 특히, 금속재료의 표면에 도금 등에 의해 백금, 은, 크롬 등의 금속에 의한 피막(양호한 두께는 약 1㎚~5㎛)을 형성한 것은 광조사시에 금속피막이 전자를 모아 이산화티탄 배향막에서 생성되는 홀의 수가 증가하며, 광촉매활성이 개선된 이산화티탄 결정배향막이 얻어지므로 양호하다.
원료복합체의 기화온도는 원료의 종류에 따라 조정하지만, 예를 들어, TTE, TTIP, TTNB의 경우에는 70~150℃로 하는 것이 좋다.
불활성 기체 담체에 의해 운반된 원료복합체를 대기압개방하에서 가열된 기재표면에 불어서 칠함에 있어서는 슬릿형의 노즐로부터 이동하는 표면에 불러서 칠한다. 이렇게 해서 판형, 봉형, 선형, 파이프형의 기재, 또는, 접시나 트레이 등 각종의 형상으로 미리 형성된 기재표면에 연속적으로 이산화티탄의 결정배향막을 형성하는 것이 가능해진다.
기재표면을 가열함에는 제1도에 보이듯이 노내온도가 통상적으로 300℃ 이하인 저온구역(11, 11)과, 그러한 저온구역보다도 고온(통상적으로는 노내온도400~500℃)인 고온구역(12, 12)으로 이루어진 가열로(10 ; 통상적으로 전기로)를 사용하는 것이 좋다. 이 가열로에는 저온구역쪽에 기재의 입구를 설치하고 고온구역쪽에 기재의 출구를 설치해서 기재를 연속적으로가열로 속으로 통과시킬 때에, 저온구역에서 기재를 미리 가열하고 고온구역에서 슬릿형 노즐(9)로부터 기화된 원료복합체를 불활성기체와 함께 기재표면에 불어서 칠하여 결정배향막을 형성한다. 저온구역(11, 11)과 고온구역(12, 12)의 사이에는 칸막이(13, 13)를 설치하고, 고온구역의 원료가 저온구역으로 유입하는 것을 방지한다. 또한, 기재(20 ; 피코팅물)는 통상적으로 롤러, 벨트, 체인 등의 이송체 위에 적재해서 가열로 속으로 이동시키지만, 가열로의 통로의 형상은 기재의형상에 맞춰 적절하게 변형되면 좋다. 균일한 결정배향막을 얻기 위해서는 노즐을 기재표면에서 왕복운동시키는 것이 좋다.
종래의 열간 CVD법에 있어서는 밀폐된 도금실속에서 감압하에 기재를 500~800℃ 정도의 고온으로 가열해서 기재표면에 이산화티탄 피막을 형성했기 때문에, 기재로서 사용할 수 있는 재료에 제한이 있고, 또한, 길이가 긴 물건은 대상으로 할수 없었다. 또한, 이산화티탄 박막의 퇴적속도가 매우 느려지기 때문에, 박막의 결정구조를 제어하는 것이 불가능했다.
이 발명의 방법은 대기압개방하에 비교적 저온으로 가열된 기재표면에 고속으로 연속적으로 이산화티탄의 결정배향막을 형성하는 것이다. 그러므로, 기재로서 금속이나 글라스, 도자기, 세라믹스 등의 내열성 재료뿐만 아니라, 플라스틱 등과같은 비교적 내열성이 낮은 재료를 사용하는 것이 가능해졌다. 또한, 판상체나 파이프 등의 길이가 긴 물건을 연속적으로 가공하는 것이 가능해졌다. 또한, 원료의 기화온도나 공급량, 담체기체의 유량, 기재온도 등을 각각 조정함으로써 얻어질 결정배향막의 결정구조를 제어하고, 결정배향막의 배향방향, 막의 두께, 결정입자의 직경 또는 직경분포를 소정의 것으로 조정하는 것이 가능해졌다.
또한, 단결정배향막을 표면에 갖는 재료로 이루어진 기재를 사용해서 이산화티탄 결정배향막을 형성한 경우에는 이산화티탄의 단결정배향막을 갖는 재료를 얻을 수 있다. 이러한 단결정배향막을 갖는 기재로서는 예를 들어 티탄산 스트론튬판등이 있으며, 시판품으로서 입수할 수 있다.
이 발명에 의하면, 기재표면에 형성하는 이산화티탄 결정배향막이 결정방향에 수직방향으로 (001), (100), (211), (101)및 (110)으로 이루어진 결정면으로부터 선택된 방향으로 배향된 것을 얻을 수 있다. 이러한 특정방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막은 의외에도 빛, 특히, 자외선을 조사한 때에 다음과 같은 각종의 광촉매작용을 갖는 것으로 판명되었다.
(1) 배향막은 현저한 항균작용(억균작용 및 멸균작용)을 가짐과 아울러, 사멸한 균이나 독소 등의 균의 생성물을 분해할수 있으므로, 오염을 방지하고 지속성 있는 항균작용을 발휘한다.
(2) 배향막은 오물의 부착을 방지함과 아울러, 부착한 오물을 분해하고, 자연적으로 내리는 비나 수세에 의해 간단히 제거해서 표면의 광택을 유지한다.
(3) 배향막은 악취성 물질을 분해하며 탈취 소취작용을 갖는다.
(4) 배향막은 자외선 조사에 의해 표면에 부착한 물과의 접촉각이 감소해서 0도에 가까워지고, 물을 튕겨 없애게 된다.그러므로, 배향막의 표면에 물방울이 형성됨이 없는 한 모양의 수막으로 되고, 광택이 흐려지는 것을 방지할 수 있다.
(5) 배향막은 공기중의 질소산화물(NOx)이나 황산화물(SOx)을 분해하고, 공기를 정화시킨다.
(6) 배향막은 유기할로겐화합물이나 유분(기름기) 등과 같은 수중의 오명물질을 분해하고, 물을 정화시킨다.
그러므로, 이러한 특정방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막을 표면에 갖는 재료는 위와 같은 특성을 가져 의료기구,식기, 조리용구, 냉장고, 냉동차량, 세면대나 화장실 용품, 내장재, 외장재 등과 같은 각종의 건축재료, 도로관련자재,에어콘의 휠터, 전자부품 등의 재료로서 폭넓게 사용할 수 있는 것이다.
이러한 특정방향으로 배향된 결정배향막은 어느 하나의 방향만으로 배향된 이산화티탄 결정에 의해 구성되어 있든 2개 이상으로 배향된 이산화티탄 결정에 의해 구성되어 있든 같은 효과를 내는 것이다.
이 발명에 의하면 기재표면에 형성하는 결정배향막의 두께는 원하는 대로 할 수 있지만, 막 두께를 0.1㎛ 이상으로 함으로써 기재에 항균성을 비롯한 각종의 특성을 부여할 수 있으므로, 통상적으로 0.1~10㎛, 양호하게는 0.2~2.0㎛로 한다.
또한, 배향막을 형성하는 결정입자의 직경은 가시광선 및 자외선의 파장과 같은 정도로 한 경우에 현저한 항균성 등이 얻어진다. 특히, 입자직경의 분포가 알맞은 결정배향막으로 한 경우에는 그 효과가 현저하다. 그러므로, 결정입자의 직경이 0.1~10㎛ 이고, 입자직경의 분포가 실질적으로 평균치 ±100%인 결정배향막으로 하는 것이 양호하며, 입자직경의 분포가 평균치 ±50%인 결정배향막으로 하는 것이 특히 양호하다.
이 발명에 있어서의 입자지경의 분포는 재료역학의 분야에서의 통상적인 방법에 따라 다음과 같이 해서 산출한다. 즉, 제20도에 보이듯이, 횡축에 배향막을 구성하는 각각의 결정의 입자직경(최대직경), 횡축에 결정의 개수를 나타낸 막대그래프에 있어서, 종축의 최대치 Y1의 50% 이상의 것을 대상으로 해서(제20도의 사선부분) 결정입자의 직경의 평균치 및 직경분포를 산출한다.
또한, 다른 양호한 재료로서는 이산화티탄의 결정배향막이 그물구조를 갖는 것을 들 수 있다. 이러한 재료로서는 필요에따라 기재표면에 이산화티탄의 결정배향막을 형성한 후에 산소분위기하에서 어닐링처리를 실시한 것을 사용할 수 있다.
이 발명에서 결정배향막이 그물구조를 갖는다는 것은 바늘 모양의 결정이 교차한 상태의 것이나 하니캄 모양으로 배열한상태의 것을 의미한다.
그리고, 산소분위기하에서 어닐링처리를 한다는 것은 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막을 대기압하에서 전기로를 이용하여 산소기류 속에서 300℃~600℃의 임의의 온도로 수시간 가열하는 것을 의미한다.
종래로부터, 기재 상에 형성한 이산화티탄 박막이 광촉매작용을 하고, 이러한 재료를 반사방지막, 센서재료 등으로 이용하는 것이 알려져 있었다. 그러나, 기재 상에 어느 특정방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막을 형성하는 것과 그러한 결정배향막이 종래의 이산화티탄 박막에 없는 현저한 특성을 갖는 것은 이 발명에 의해서 비로소 가능해진 것이다.
이 발명에 따른 특정방향으로 배향된 이산화티탄 박막이 이러한 여러 특성을 발휘하는 상세한 이유는 불명료하지만, 빛,특히, 자외선의 조사에 의해 특정방향으로 배향된 표면층의 이산화티탄이 여기되어 플러스이온과 전자로 분극화하는 것에의한 것이라고 생각된다.
또한, 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막의 표면에 은, 동 또는 그 것의 산화물의 피막을 형성한 경우에는 항균성이 한단계 개선된 재료를 얻을 수 있다. 이산화티탄 결정배향막의 표면에 은, 동 또는 그 것의 산화물의 피막을 형성함에는,위와 같은 방법에 의해 이산화티탄 결정배향막을 형성한 후에 필요에 따라 원하는 형상으로 절단 또는 성형한다. 그리고, 이산화티탄 결정배향막 상에 코팅법, 침적법, 스팩터링법, 열간 CVD법 등과 같은 통상적인 방법에 의해 은, 동 또는 그것의 산화물의 피막을 형성한다. 은 또는 동의 피막을 형성함에는 스팩터링법을 사용하고, 그 것의 산화물의 피막을 형성함에는 이 발명과 같은 방법을 사용하는 것이 좋다.
[실시예]
아래에서는 실시예에 의해 이 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 이 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 발명의 범위 내에서 각종의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
제1도는 이하의 실시예에 있어서 사용하는 대기압개방형 열간 CVD장치를 도시한 개략적인 선도이다. 제1도에서, 부호 1은 고압기체용기 등의 질소기체공급원, 부호 2는 유량계, 부호 3은 액체질소를 넣은 트랩, 부호 4, 5, 6은 배관 속에 설치된 밸브를 나타낸다. 부호 7은 원료로 되는 티탄알콕시드(8)의 기화기, 부호 9는 하부에 원하는 폭의 슬릿을 설치한 슬릿형 노즐, 또한, 부호 10은 저온구역(11, 11) 및 고온구역(12, 12)으로부터 이루어지고 양 구역의 사이에 칸막이(13, 13)를설치한 가열로(전기로)를 나타낸다.
질소기체공급원(1)으로부터 공급된 질소기체는 유량계(2)를 통해서 액체질소를 넣은 트랩(3)으로 보내지고, 수분을 제거한 후에 밸브(4, 6)로 보내진다. 밸브(4)를 통한 질소기체는 기화기(7) 속의 액상의 티탄알콕시드(8) 속에 기포로 방출되어 티탄알콕시드의 기화를 돕는다. 기화된 티탄알콕시드와 질소기체의 혼합기체는 밸브(5)를 거쳐서 다른 밸브(6)로부터 보내진 질소기체와 혼합되어 슬릿형 노즐(9)로 보내진다. 기재(20)는 가열로(10)의 저온구역(11)쪽에 설치된 입구로부터 가열로(10)내에 연속적으로 공급되고, 저온구역(11)에서 미리 가열된 후에 고온구역(12)의 출구근처에 설치된 슬릿형 노즐(9)에 의해 표면에 원료복합체와 질소기체의 혼합기체를 불어서 칠함으로써 이산화티탄 결정배향막이 형성된다.
[실시예 1]
원료복합체로서 TTIP를 이용하고, 원료기화온도 77℃, 질소기체유량 1.5 dm3/min인 TTIP를 기화시켰다. 기재로서, 두께 0.5mm, 폭 10mm인 띠형의 스테인레스강을 저온구역의 온도 300℃, 고온구역의 온도 400℃로 설치한 가열로 속에 0.2m/min의 속도로 공급하고, 폭 0.5mm의 슬릿을 갖는 슬릿형 노즐로부터 상기 원료기체혼합물을 불어서 칠하여 기재표면에 막 두께 2.0㎛인 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다.
얻어진 이산화티탄 다결정배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고,막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (001) 면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.3~0.8㎛이고, 입자직경의 분포는 0.55±0.25㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제2도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제3도에 도시한다.
[실시예 2]
실시예 1에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 산소분위기하에서 온도 500℃로 10시간 어닐링처리했다.
[실시예 3]
원료기화온도를 130℃로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 스테인레스강 표면에 막 두께 3.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (100) 및 (211)면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 1.2~1.5㎛이고,입자직경의 분포는 1.35±0.15㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제4도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제5도에 도시한다. 제5도로부터 이 다결정배향막은 그물구조를 갖는 것임을 알 수 있다.
[실시예 4]
실시예 3에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 산소분위기하에서 온도 500℃로 10시간 어닐링처리했다.
[실시예 5]
원료복합체로서 TTE를 이용하고 원료기화온도를 92℃로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 두께 1.0mm, 폭 26mm, 길이 76mm인 글라스기판 표면에 막 두께 2.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (001)면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.3~0.7㎛이고, 입자직경의 분포는 0.5±0.2㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선회절의 결과를 제6도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제7도에 도시한다.
[실시예 6]
실시예 5에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 산소분위기하에서 온도 500℃로 10시간 어닐링처리했다.
[실시예 7]
원료기화온도를 162℃로 한 것 외에는 실시예 3과 마찬가지로 글라스기판 표면에 막 두께 2.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (100) 및 (211)면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.8~1.0㎛이고, 입자직경의 분포는 0.9±0.1㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제8도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 도9에 도시한다. 제9도로부터 이 다결정배향막은 그물구조를 갖는 것임을 알 수 있다.
[실시예 8]
기재로서 두께 1.0mm, 폭 26mm, 길이 76mm인 글라스기판을 사용한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 기재표면에 막 두께 2.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (001)면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.3~0.9㎛이고, 입자직경의 분포는 0.6±0.3㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제10도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제11도에 도시한다.
[실시예 9]
기재로서 두께 1.0mm, 폭 5mm인 길이 10mm인 (100)면으로 배향된 티탄산 스트론튬의 단결정판(시판품)을 사용하고, 원료복합체로서 TTIP를 이용하며, 원료기화온도 77℃로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 기재표면에 막 두께 2.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 AFM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (001)면으로 배향된 것임과 아울러, 3차원의 결정방위가 일치하는 다수의 결정에 의해 구성된 단결정배향막이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.1~0.2㎛이고, 입자직경의 분포는 0.15±0.05㎛이었다. 이 단결정배향막의 X선 회절의 결과를 제12도에 도시하고, 또한, 표면의 AFM사진을 제13도에 도시한다.
[실시예 10]
원료복합체로서 TTIP를 이용하며, 원료기화온도 120℃, 질소기체유량 1.5ℓ/min인 TTIP를 기화시켰다. 기재로서 두께1.0mm, 폭 26mm, 길이 76mm인 슬라이드글라스를 저온구역의 온도 300℃, 고온구역의 온도 450℃로 설치한 가열로 속에0.2m/min의 속도로 공급하고, 폭 0.5mm의 슬릿을 갖는 슬릿형 노즐로부터 상기 원료기체혼합물을 불어서 칠하여 기재표면에 막 두께 1.0㎛인 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다.
얻어진 이산화티탄 다결정배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고,막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (100) 면으로 배향된 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.6~0.8㎛이고, 입자직경의 분포는 0.7±0.1㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제14도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제15도에 도시한다.
[실시예 11]
실시예 10에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 산소분위기하에서 온도 500℃로 10시간 어닐링처리했다.
[실시예 12]
원료기화온도를 140℃로 한 것 외에는 실시예 10과 마찬가지로 슬라이드글라스 표면에 막 두께 2.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니, 다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (100)면으로 배향된 입자상태의 구조를 갖는 것이었다. 또한, 결정의 입자직경은 0.6~0.8㎛이고, 입자직경의 분포는 0.7±0.1㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제16도에 도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제17도에 도시한다.
[실시예 13]
실시예 12에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 산소분위기하에서 온도 500℃로 10시간 어닐링처리했다.
[실시예 14]
기재로서 두께 0.5mm, 폭 25mm, 길이 70mm인 스테인레스강을 사용한 것 외에는 실시예 10과 마찬가지로 스테인레스강 표면에 막 두께 3.0㎛의 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 상태를 SEM 및 X선 회절에 의해 관찰했더니,다결정배향막은 아나타제 구조를 갖고, 막을 형성하는 결정표면과 수직방향으로 (100) 및 (211)면으로 배향된 것이었다.또한, 결정의 입자직경은 1~3㎛이고, 입자직경의 분포는 2±1㎛이었다. 이 다결정배향막의 X선 회절의 결과를 제18도에도시하고, 또한, 표면의 SEM사진을 제19도에 도시한다.
[실시예 15]
실시예 1에서 얻어진 이산화티탄 다결정배향막을 갖는 스테인레스강을 절단해서 10mm×10mm의 단편을 얻었다. 밀폐형 도금실을 갖는 통상의 열간 CVD장치를 사용하여 이 단편의 이산화티탄 배향막의 표면에 실온 및 압력 10-1torr하에서 Ar스팩터링법에 의해 막 두께 10㎚의 은피막을 형성했다.
[실시예 16]
피막형성원료를 동으로 한 것 외에는 실시예 15와 마찬가지로 해서 이산화티탄 배향막의 표면에 막 두께 10㎚의 동피막을 갖는 스테인레스강을 얻었다.
[항균성 시험]
상기 각각의 실시예로 얻어진 표면에 이산화티탄 결정배향막을 형성한 기재로부터 10mm×10mm의 시험편을 각각 작성하고,다음과 같이 해서 항균성 시험을 행했다.
미리 증균 계측한 액체배양의 일반세균(Bacillus subtilis)을 105정도로 되도록 상기 각 시험편에 도포하고, 이 것을 페트리접시에 넣어 덮개를 덮어 자연광(맑은 날의 창문을 통한 빛)하에서 3시간 방치한다. 그 후에 생리식염수 9㎖를 넣고잘 혼합하여 통상적인 방법(위생시험법 : 일본약학회편 1980년도판)에 따라 정량채집표준한천배지에서 35℃에서 48시간배양 계측했다.
비교를 위해 이산화티탄 결정배향막을 갖지 않는 스테인레스강 시험편(비교예 1) 및 글라스기판 시험편(비교예 2)에 대해서도 마찬가지로 처리해서 균의 수를 계측했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[친수성 시험]
상기 각 시험편에 형광등 조사하에 수증기를 접촉시켜 표면의 상태를 관찰했다. 비교예 1, 2의 시험편에서는 표면에 가는 물방울이 생겨서 광택이 흐려졌지만, 이 발명의 실시예에서 얻어진 시험편에서는 어떤 것도 표면에 물방울이 생기지않는 한 모양의 수막으로 되고, 광택이 흐려지는 것이 없었다.
[실시예 17]
기재로서 표면에 두께 1㎛인 크롬도금피막을 형성한 스테인레스강을 사용한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 기재표면에 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 막 두께는 1㎛이고, 실시예 1의 배향막과 같은 성상을 갖는 것이었다.
[실시예 18]
기재로서 외경 22mm, 내경 18mm의 스테인레스강 파이프를 회전시키면서 가열로에 공급한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 파이프 표면에 이산화티탄 다결정배향막을 형성시켰다. 이 배향막의 막 두께는 0.4㎛이고, 실시예 1의 배향막과 같은성상을 갖는 것이었다.
상기와 같이, 이 발명에 의해 얻어지는 기재표면에 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료는 현저한 항균성과 아울러 각종의 우월한 특성을 갖고, 조리용 기구, 식기, 냉장고 등의 주방용품, 냉장차량, 의료용품, 화장실이나 세면장 용품, 내장재, 외장재 등의 건축재료, 도로관련자재, 에어콘의 휠터, 전자부품 등에 폭넓게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
이 발명은 기재표면에 특정방향으로 배향된 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막을 형성함으로써 비로소 항균성을 비롯한모든 특성을 갖는 재료를 얻을 수 있다.
또한, 이산화티탄 결정의 입자직경을 가시광선 내지 자외선의 파장에 맞춘 크기로 해서 정돈할 수 있고, 입자직경을 0.1~10㎛의 범위 내에서 입자직경의 분포가 실질적으로 평균치±100%, 특히, 평균치±50%로 되게 정돈하거나, 결정배향막이 그물구조를 갖는 것, 다결정배향막 형성 후에 어닐링처리한 것은 특히 현저한 특성을 발휘한다.
이 발명의 특정방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막은 기화시킨 티탄알콕시드를 담체로 이루어진 불활성 기체와 함께대기압개방하에서 가열된 기재표면에 불어서 칠함으로써 비로소 제조가능해진 것이다. 이 발명에서는 기화시킨 티탄알콕시드를 불활성 기체와 함께 대기압개방하에서 슬릿형 노즐로부터 이동하는 기재표면에 불어서 칠함으로써 길이가 긴 물체인 기재의 표면에 고속으로 이산화티탄 결정배향막을 형성하는 것이 가능해졌다.
이 발명에 있어서의 이산화티탄의 퇴적속도는 종래의 밀폐형의 도금실을 사용하는 열간 CVD법에 비교해서 현저히 빠르고,따라서, 얻어지는 이산화티탄 결정막의 배향방향, 결정의 입자직경 및 입자직경의 분포 등의 결정구조를 제어하는 것이가능해지고, 또한, 불순물을 거의 포함하지 않는 결정배향막을 얻을 수 있다.
특히, 기재를 가열하는 가열로를 기재표면을 미리 가열하는 저온구역과 이산화티탄의 코팅을 행하는 고온구역으로 구성하고, 양 구역의 사이에 칸막이를 설치해서 고온구역의 원료기체가 저온구역으로 유입하지 않게 한 경우에는 결정의 배향막이나 입자직경, 입자직경의 분포 등을 제어하기가 훨씬 용이해진다.
이 발명은 상기와 같이 현저한 특성을 갖는 표면에 이산화티탄 결정배향막을 형성한 재료와 그 제조방법을 비로소 제공할수 있는 것이고, 실용적 가치가 매우 높은 발명이다.

Claims (15)

  1. 기재표면에 결정배향막이 결정표면과 수직방향으로 (001), (100), (211), (101) 및 (110)으로 이루어진 결정면으로부터 선택된 방향으로 배향된 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  2. 제1항에 있어서, 결정배향막의 두께가 0.1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  3. 제2항에 있어서, 결정배향막을 형성하는 결정입자의 직경이 0.1~3㎛이고, 직경분포가 실질적으로 평균치±100%인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결정배향막이 그물구조인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결정배향막은 산소분위기하에서 어닐링처리된 결정배향막인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기재가 금속인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기재가 글라스, 도자기, 세라믹스 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기재는 그위에 백금, 은 또는 크롬의 피막이 형성되어 있는 금속인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  9. 제1항에 있어서, 상기 결정배향막의 표면에 은, 동 또는 그것의 산화물의 피막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료.
  10. 기재표면에 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법에 있어서, 불활성기체를 공급하는 단계, 상기 불활성기체를 담체로 하여 티탄알콕시드를 기화시키는 단계, 300℃이하의 온도 및 대기압개방하에서 상기 기재를 가열하는 단계, 및 가열된 상기 기재의 표면에 기화된 상기 티탄알콕시드와 상기 불활성기체의 혼합기체를 불어서 칠하여 이산화티탄으로 이루어진 결정배향막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 담체로 이루어진 불활성 기체가 수분을 제거한 질소 기체인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 기재를 연속적으로 이동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 혼합기체를 불어서 칠하는 단계는 슬릿형 노즐을 통해 이동중인 상기 기재의 표면에 불어서 칠하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1구역, 제2구역 및 상기 두 구역의 구역의 사이에 칸막이를 갖는 가열로를 사용하고, 상기 제1구역의 온도는 300℃이하이며, 상기 제2구역의 온도는 상기 제1구역의 온도보다 높고, 상기 기재를 가열하는 단계는 상기 제1구역에서 이루어지며, 상기 혼합체를 불어서 칠하는 단계는 상기 제2구역에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산환티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 기재표면에 이산화티탄 결정배향막을 형성한 후에 산소분위기하에서 어닐링처리하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 갖는 재료의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 기재표면에 이산화티탄 결정배향막을 형성한 후, 상기 결정배향막상에 은, 동 또는 그것의 산화물의 피막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 결정배향막을 가즌 재료의 제조방법.
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