KR100558965B1 - Controlling method of Thermo-optic coefficient of Inorganic-Organic Hybrid Materials for Thermo-Optic Waveguide Devices - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기-유기 혼성재료로 제조되는 열광학 광도파로 소자를 제공한다. 본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 졸-겔법에 의해 제조되고 구조 내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교가 가능한 유기단량체로 가교되거나 수식이 가능한 유기단량체를 포함하는 망목구조를 가지는 무기-유기 혼성재료를 포함함을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 열광학 효과를 나타내고 혼성재료내의 무기계와 유기계의 혼성비, 크기 및 구조에 따라 그 크기의 조절이 용이하다. 이로부터 용도에 적합한 열광학 광도파로 소자를 제조할 수 있다.The present invention provides a thermo-optic optical waveguide device made of an inorganic-organic hybrid material. The inorganic-organic hybrid material according to the present invention is an inorganic-organic hybrid having a network structure, which is prepared by the sol-gel method and has a network structure including an organic atom capable of crosslinking or modification with an oxygen atom bonded to silicon or a crosslinkable organic monomer in the structure. It is characterized by including a material. According to the present invention, it is easy to control the size according to the mixing ratio, size and structure of the inorganic and organic compounds in the hybrid material. From this, a thermo-optic optical waveguide device suitable for the application can be manufactured.

Description

열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법{Controlling method of Thermo-optic coefficient of Inorganic-Organic Hybrid Materials for Thermo-Optic Waveguide Devices}Controlling method of Thermo-optic coefficient of Inorganic-Organic Hybrid Materials for Thermo-Optic Waveguide Devices}

본 발명은 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the thermo-optic coefficient of an inorganic-organic hybrid material for manufacturing a thermo-optic waveguide device.

열광학 효과는 재료의 온도 변화에 따라 굴절율이 변화하는 현상(dn/dT)이며, 이를 이용하여 광학 스위치, 광변조기, 가변광감쇄기, 광가변 필터, 광애드드롭멀티플렉서, 광크로스커넥터 등의 열광학 광도파로 소자를 제작한다. 또한 최근에는 광통신에 있어서 파장분할전송시스템의 발달과 더불어 주변 온도에 따라 광소자의 특성이 바뀌는 것을 방지하는 온도 무의존 광도파로(Athermal Waveguide) 소자를 광도파로 재료의 열광학 효과를 이용하여 제작한다.The thermo-optic effect is a phenomenon in which the refractive index changes according to the temperature change of the material (dn / dT), and it is used to heat the optical switch, the optical modulator, the variable optical attenuator, the optical variable filter, the optical drop multiplexer, and the optical cross connector. An optical optical waveguide device is fabricated. In recent years, a temperature-independent Awave Waveguide device is fabricated using the thermo-optic effect of an optical waveguide material to prevent the change of the characteristics of an optical device according to the ambient temperature with the development of a wavelength division transmission system in optical communication.

본 발명과 관련된 종래의 기술로서 일본 특허공개공보 평성6-34924호에 따르면 실리콘 기판 위에 코어부와 그 코어부를 둘러싼 클래드부를 갖는 석영계 유리 광도파로를 설치하고 그 부근에 박막 히터를 배치한 광학 위상 변조기를 제작하여 광로 전환이 가능한 마하젠더형 열광학 스위치를 개시하고 있다.As a conventional technique related to the present invention, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-34924, an optical phase in which a quartz glass optical waveguide having a core portion and a cladding portion surrounding the core portion is provided on a silicon substrate and a thin film heater is disposed in the vicinity thereof. Disclosed is a Mach-Zehnder type thermo-optic switch capable of fabricating a modulator to switch optical paths.

일본 특허 제 2000-241781에 의하면 기판상에 코어부 및 그 코어부를 둘러싸는 클래드부를 갖는 폴리머 광도파로와 상기 광도파로의 상부에 박막히터를 설치하고 박막히터를 가열하여 코어부 부근의 일부분의 굴절율을 변화시키고 코어를 도파한 빛의 광로 전환 기능 및 가변 파장 선택 기능을 구비한 폴리머 열광학 소자가 개시되어 있다.According to Japanese Patent No. 2000-241781, a polymer optical waveguide having a core portion and a clad portion surrounding the core portion on a substrate and a thin film heater are installed on the upper portion of the optical waveguide, and the thin film heater is heated to improve the refractive index of a portion near the core portion. A polymer thermo-optical device is disclosed that has a light path switching function and a variable wavelength selection function of light that has changed and guided the core.

또한 일본의 Y.Kokubun 교수는 주변 온도에 따라 광소자의 특성이 바뀌는 것을 방지하는 온도 무의존 광도파로(Athermal Waveguide)를 재료들의 열광학 효과를 이용하여 제작하였다. 이는 석영계 유리를 코어로 하고 폴리머 재료를 클래드로 하는 광도파로의 경우 온도에 따라 광경로가 변하지 않게 된다는 것을 기반으로 하였다 (Electron. Lett., Vol. 34, No.4, p.367 (1998)). 그러나 석영계 유리와 폴리머의 경우 열광학 계수의 범위가 한정적이므로 완전한 온도 무의존 광도파로를 제작하기 힘들고 설계가 복잡해지는 단점이 있었다.In addition, Professor Y.Kokubun of Japan produced a temperature-independent Awave Waveguide that uses the thermo-optic effect of materials to prevent the characteristics of the optical device from changing according to the ambient temperature. This is based on the fact that the optical path does not change with temperature in the case of an optical waveguide having a quartz glass core and a polymer material clad ( Electron. Lett. , Vol. 34, No. 4, p. 367 (1998). )). However, in the case of quartz glass and polymers, the range of thermo-optic coefficients is limited, which makes it difficult to manufacture a complete temperature independent optical waveguide and has a disadvantage of complicated design.

상기 기술한 바와 같이 종래의 열광학 광도파로 소자는 석영계 유리나 폴리머를 사용하였으며 다음과 같은 특징을 지니고 있다.As described above, the conventional thermo-optic optical waveguide device uses quartz glass or polymer and has the following characteristics.

1. 석영계 유리 : 화염가수분해증착(Flame Hydrolysis Deposition, FHD) 및 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등의 기상 증착에 의해 제조되는데 낮은 광손실(<0.01dB/cm), 접속손실과 우수한 열적 및 화학적 안정성을 갖고 있다. 그러나 석영계 유리 광도파로는 1000℃ 이상의 고온 제작공정과 고가의 제조장비가 필요하며 고온 공정의 열스트레스에 의한 편광으로 복굴절을 야기되는 문제점이 있다. 또한 열전달율이 낮고 열광학계수가 10-5/℃ 정도의 낮은 값을 가지므로 소자 구동을 위해 필요한 작동파워가 매우 크고 반응시간이 느린 단점을 갖고 있다.1. Quartz-based glass: It is manufactured by vapor deposition such as Flame Hydrolysis Deposition (FHD) and Chemical Vapor Deposition (CVD), and has low light loss (<0.01dB / cm), connection loss and It has excellent thermal and chemical stability. However, the quartz glass optical waveguide requires a high temperature manufacturing process of 1000 ° C. or more and expensive manufacturing equipment, and has a problem of causing birefringence due to polarization due to thermal stress of the high temperature process. In addition, since the heat transfer rate is low and the thermal optical coefficient has a low value of about 10 -5 / ℃, the operating power required for driving the device is very large and the reaction time is slow.

2. 폴리머 : 폴리머는 분자화학에 의해 재료의 성능을 쉽게 제어, 합성할 수 있고 제조공정이 저온 단순 공정이어서 경제적일 뿐 아니라 다양한 공정의 적용이 가능하다. 또한 -10-4/℃ 정도의 큰 열광학 계수를 가지므로 적은 파워로도 소자 구동이 가능하고 제조방법이 간단한 장점이 있으나 실제에 있어서 분자 구조내의 진동에 의한 광도파손실, 편광 의존성 복굴절 및 열적 불안정성 때문에 제한적으로 응용되고 있다.2. Polymers: Polymers can be easily controlled and synthesized by molecular chemistry and the manufacturing process is simple and low temperature, so it is economical and can be applied to various processes. In addition, it has a large thermo-optic coefficient of about -10 -4 / ℃, so that the device can be driven with low power and the manufacturing method is simple. However, in practice, optical waveguide loss due to vibration in the molecular structure, polarization-dependent birefringence, and thermal There is limited application because of instability.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 열광학 광도파로 소자를 제작하기 위하여 사용되는 석영계 유리와 폴리머의 단점을 개선하기 위하여 안출된 것으로 열광학계수의 조절이 용이하고 크기가 광범위하며, 우수한 광도파손실, 열적 안정성을 나타내는 열광학 광도파로 소자제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the shortcomings of the quartz glass and polymer used to fabricate the conventional thermo-optic optical waveguide device, the thermo-optic coefficient is easy to control, wide size, excellent brightness The present invention provides a method for controlling the thermo-optic coefficient of an inorganic-organic hybrid material having a thermooptic optical waveguide device which exhibits breakage chamber and thermal stability.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 음의 값의 열광학계수를 가지며, 구조내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교나 수식이 가능한 유기단량체로 가교된 망목구조를 가지는 무기-유기 혼성재료를 포함하며, 상기 무기-유기 혼성재료를 구성하는 상기 망목구조 또는 망목구조내의 무기-유기 조성을 조절하여 열광학계수를 조절하는 것을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법을 포함함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object includes an inorganic-organic hybrid material having a negative thermo-optic coefficient and having a network structure crosslinked with silicon atoms in the structure or an organic monomer capable of crosslinking or modification, Thermo-optic coefficient control of the thermo-optic waveguide device fabricating inorganic-organic hybrid material, characterized in that the thermo-optic coefficient is controlled by adjusting the inorganic-organic composition in the mesh structure or the mesh structure constituting the inorganic-organic hybrid material. It includes a method.

본 발명의 무기-유기 혼성재료는 하기 일반식 1~3으로 나타낼 수 있는 규소 화합물들을 출발 물질로 하여 제조될 수 있다.The inorganic-organic hybrid material of the present invention can be prepared using silicon compounds represented by the following general formulas 1 to 3 as starting materials.

<일반식 1> <Formula 1>

(OR1)nSi-R2 m (n+m=4)(OR 1 ) n Si-R 2 m (n + m = 4)

<일반식 2><Formula 2>

(OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4)

<일반식 3><Formula 3>

R4SiCl3 R 4 SiCl 3

상기 일반식 1~3에서 R1은 탄소수가 1~10개인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 직쇄 또는 측쇄 알킬기이거나 이들 그룹이 가수분해된 수소원자이며, R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기를 나타낸다. 또한 n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수를 나타낸다.In general formulas 1 to 3, R 1 is a straight-chain or branched chain alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, or butyl having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom in which these groups are hydrolyzed, and R 2 is a straight chain having 1 to 4 carbon atoms. Or a branched alkyl group, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, or an amine group. In addition, n is a natural number of 1-4, m represents the integer of 0-3.

X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬이며 R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬 내에 플로라이드 원자가 치환된 물질 을 나타낸다.X is a carbon chain having 3 to 6 carbon atoms and R 3 represents a substance containing a vinyl group, a glycidoxy group, a methacryl group or a fluoride atom substituted in a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms.

R4는 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기 또는 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 물질이다.R 4 is a fluoride valence in a carbon chain having 1 to 10 carbon atoms, or a straight or branched alkyl group or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, a glycidoxy group or a methacryl group or a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms. Substituted material.

상기 일반식 1~3에 속하는 구체적인 화합물의 예로서는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐디메톡시에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리메톡시실란(DIAMO), N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필) -트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리부톡시시실란, 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민 (TRIAMO), 트리에톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리프로폭시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리부톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 2-글리시독시에틸메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시 독시프로필트리메톡시실란, 2-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리프로폭시실란, 2-클로로프로필트리부톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3,3,3,-트리플루오르프로필트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란, 비닐트리클로로실란, 헥실트리클로로실란 또는 데실트리클로로실란이 있다.Examples of specific compounds belonging to the general formulas (1) to (3) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltripropoxysilane, Vinyltriacetoxysilane, vinyldimethoxyethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropyltripropoxysilane, N- (3-acryloxy-2-hydroxypropyl) -3 -Aminopropyltriethoxysilane, N- (3-acryloxy-2-hydroxypropyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyldiethoxysilane, 3-acryloxypropyldipropoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltriethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltripropoxysilane, N -(2-aminoethyl-3-aminoprop Phil) -trimethoxysilane (DIAMO), N- (2-aminoethyl-3-aminopropyl) -triethoxysilane, N- (2-aminoethyl-3-aminopropyl) -tripropoxysilane, N -(2-aminoethyl-3-aminopropyl) -tributoxysisilane, trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine (TRIAMO), triethoxysilylpropyldiethylenetriamine, tripropoxysilylpropyldiethylenetri Amine, tributoxysilylpropyldiethylenetriamine, 2-glycidoxyethylmethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 2-glycidoxypropyl Trimethoxysilane, 2-glycidoxypropyltriethoxysilane, 2-glycidoxyethylmethyldimethoxysilane, 2-glycidoxyethylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxyethylmethyldimethoxysilane, 3 Glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylethyldi Methoxysilane, 2-glycidoxypropylethyldiethoxysilane, 2-glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 2- (3,4-ethoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4- Ethoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltripropoxysilane, 2-chloropropyltributoxysilane, Phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, 3,3,3, -trifluoropropyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane , Phenyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, hexyltrichlorosilane or decyltrichlorosilane.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료를 제조하는 첫 번째 방법은 상기 일반식 1~3에 나타낸 물질의 물과 알콜의 혼합 용액을 만들고 바람직하기로는 산 또는 염기 촉매를 첨가하여 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응하는 과정을 포함한다. 상기 일반식 1과 2에 표시한 실란들을 하기 화학식 1에 나타낸 가수 분해 및 축합 반응의 연속적인 반응을 통해 분자량이 큰 산화물을 졸 상태에서 겔 상태로 전이하는 겔화(Gelation)과정을 통해 제조한다. The first method of preparing the inorganic-organic hybrid material according to the present invention is to prepare a mixed solution of water and alcohol of the material represented by the above general formulas (1) to (3), and preferably by adding an acid or a base catalyst to hydrolysis and Condensation reaction. The silanes represented by Formulas 1 and 2 are prepared through a gelation process in which an oxide having a high molecular weight is transferred from a sol state to a gel state through a continuous reaction of hydrolysis and condensation reactions represented by Formula 1 below.

상기 일반식 2의 물질 중 분자간 가교를 가능하게 하는 유기단량체로서 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기가 포함된 경우에는 하기 화학식 3에 나타낸 유기중합반응을 포함한다. 실리콘에 치환된 유기그룹이 비닐기와 메타아크릴기(바람직 하기로 메타아크릴록시기) 등일 경우에 바람직하기로 유기중합반응은 자유 라디칼, 양·음 이온 형태의 열·광 유기중합 개시제를 첨가시켜 반응시킨다. 글리시독시기가 포함된 경우에는 바람직하기로 알루미늄 알콕사이드, 티타늄 알콕사이드, 지르코늄 알콕사이드, 아민기 등에 의한 개환(ring opening) 반응을 통해 유기중합반응이 가능하다. As the organic monomer capable of intermolecular crosslinking in the material of Formula 2, when a vinyl group, glycidoxy group, and methacryl group are included, an organic polymerization reaction represented by Chemical Formula 3 is included. It is preferable when the organic group substituted in the silicone is a vinyl group and a methacryl group (preferably methacryloxy group) and the like. The organic polymerization reaction is carried out by adding a thermal and photo organic polymerization initiator in the form of free radicals and positive and negative ions. Let's do it. When glycidoxy group is included, organic polymerization may be preferably performed through a ring opening reaction using aluminum alkoxide, titanium alkoxide, zirconium alkoxide, amine group or the like.

<화학식 1><Formula 1>

[가수분해][Hydrolysis]

M(OR)x + xH2O ↔M(OH)x + xROHM (OR) x + xH 2 O ↔M (OH) x + xROH

[축합(Condensation)][Condensation]

≡M(OH) + (HO)M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + H2O≡M (OH) + (HO) M≡ ↔ ≡MOM≡ + H 2 O

[물축합]               [Water condensation]

≡M(OR) + (HO)M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + ROH≡M (OR) + (HO) M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + ROH

[알콜축합]              [Alcohol condensation]

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료의 두 번째 제조방법은 상기 일반식 3에 나타낸 실리콘클로라이드, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란 등의 반응물을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 바람직하기로는 금속클로라이드, 예를 들면 지르코늄 클로라이드, 티타늄 클로라이드, 틴 클로라이드 등의 촉매를 이용하여 하기 화학식 2에 나타낸 반응을 통해 고분자 산화물 구조의 무기-유기 혼성재료를 제조하는 과정을 포함한다.According to a second method of preparing an inorganic-organic hybrid material according to the present invention, reactants such as silicon chloride, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, and phenyltrichlorosilane represented by the general formula (3) are preferably used with silicon alkoxide or alkyl ether. Includes preparing a inorganic-organic hybrid material having a polymer oxide structure through a reaction represented by the following Chemical Formula 2 using a catalyst such as metal chloride, for example, zirconium chloride, titanium chloride, tin chloride, and the like.

<화학식 2> <Formula 2>

RSiCl3 + 0.75Si(OR`)4 → [RSi1.75O3]n + 3R`Cl RSiCl 3 + 0.75 Si (OR`) 4 → [RSi 1.75 O 3 ] n + 3R`Cl

0.75SiCl4 + RSi(OR`)3 → [RSi1.75O3]n + 3R`Cl 0.75SiCl 4 + RSi (OR`) 3 → [RSi 1.75 O 3 ] n + 3R`Cl

RSiCl3 + RSi(OR`)3 → [R2Si2O3]n + 3R`Cl RSiCl 3 + RSi (OR`) 3 → [R 2 Si 2 O 3 ] n + 3R`Cl

2RSiCl3 + 3R`2O → [R2Si2O3]n + 6R`Cl 2RSiCl 3 + 3R` 2 O → [R 2 Si 2 O 3 ] n + 6R`Cl

RSiCl3 + Si(OR`)4 → [RSi2O3-OR`]n + 3R`ClRSiCl 3 + Si (OR`) 4 → [RSi 2 O 3 -OR`] n + 3R`Cl

SiCl4 + RSi(OR`)3 → [RSi2O3-Cl]n + 3R`ClSiCl 4 + RSi (OR`) 3 → [RSi 2 O 3 -Cl] n + 3R`Cl

상기 화학식 2에 나타낸 R`는 탄소수가 1~10인 직쇄 또는 측쇄 알킬기이며 R은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기 또는 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 물질을 나타낸다.R ′ in Formula 2 is a straight or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is a straight or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, or a glycidoxy group. Or a substance containing a methacryl group or a fluoride atom substituted in a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료의 세 번째 제조방법은 물이나 알코올에 분산된 형태의 규소 산화물 입자(예를 들어, 실리카졸)와 상기 일반식 1과 2로 표시되는 물질들과 반응시키는 과정을 포함한다. 실리카졸은 입자들 간에 반응이 진행되지 않도록 표면 처리된 5~20nm 크기의 규소 산화물 입자와 이를 분산시킬 수 있도록 산 또는 염기 pH를 갖는 물이나 알코올 용매를 포함한다. 실리카졸과 상기 일반식 1과 2에 표시한 실란들을 상기 화학식 1에 나타낸 가수 분해 및 축합 반응을 통해 제조할 수 있다.A third method of preparing an inorganic-organic hybrid material according to the present invention is a process of reacting silicon oxide particles (for example, silica sol) dispersed in water or alcohol with materials represented by the general formulas (1) and (2). It includes. The silica sol includes silicon oxide particles having a size of 5 to 20 nm surface-treated to prevent reaction between the particles and water or an alcohol solvent having an acid or base pH to disperse them. Silica sol and the silanes represented by Formulas 1 and 2 may be prepared through hydrolysis and condensation reactions represented by Formula 1.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 상기 세 가지 방법에 의해 제조가 가능하며 첨가되는 유기물의 종류에 따라 최종 재료의 구조와 특성을 변화시킬 수 있다. 무기-유기 혼성재료에서 유기물은 크게 산소원자로 가교된 망목구조 내에서 가교제(network former)와 수식제(network modifier) 역할을 수행한다. 예를 들어 페닐기나 아민기와 같이 다른 유기 단량체(organic monomer)나 무기 망목구조(inorganic network)와 결합을 할 수 없는 유기물은 무기-유기 혼성재료 내에서 수식제 역할을 수행한다. 만약 첨가되어진 유기물이 글리시독시기, 메타아크릴기, 비닐기와 같은 유기물일 경우 다른 유기 단량체(organic monomer)나 무기 망목구조물 내의 다른 유기물과 결합을 통해 새로운 결합을 형성하는 가교제 역할을 수행할 수 있게 된다.The inorganic-organic hybrid material according to the present invention can be produced by the above three methods and can change the structure and properties of the final material according to the type of organic material added. In the inorganic-organic hybrid material, the organic material plays a role of a network former and a network modifier in a network structure largely crosslinked with oxygen atoms. For example, organic materials that cannot bond with other organic monomers or inorganic network such as phenyl group or amine group serve as modifiers in the inorganic-organic hybrid material. If the added organic substance is an organic substance such as glycidoxy group, methacryl group, or vinyl group, it can act as a crosslinking agent to form a new bond through bonding with other organic monomers or other organic substances in the inorganic network structure. .

<화학식 3><Formula 3>

O3≡Si-R + R`-Si≡O3 → O3≡Si-R-R`-Si≡O3 O 3 ≡Si-R + R`-Si≡O 3 → O 3 ≡Si-RR`-Si≡O 3

O3≡Si-R + R + R + R`-Si≡O3 → O3≡Si-R-R-R-R`-Si≡O3 O 3 ≡Si-R + R + R + R`-Si≡O 3 → O 3 ≡Si-RRRR`-Si≡O 3

상기 화학식 3의 R, R`는 가교가 가능한 유기단량체로서 이중결합이나 삼중결합 등의 불포화 탄화수소를 가지거나 불안정한 고리 구조(ring structure)를 갖는다. 이러한 결합 또는 구조의 대표적인 예로는 비닐기, 메타아크릴기, 글리시독시기 등이 있다.R, R` in Formula 3 is an organic monomer capable of crosslinking and has an unsaturated hydrocarbon such as a double bond or a triple bond or an unstable ring structure. Representative examples of such bonds or structures include vinyl groups, methacryl groups, glycidoxy groups, and the like.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 열광학계수는 음의 값을 나타내며 기존의 광도파로 재료인 석영계 유리와 폴리머에서는 얻을 수 없었던 범위로도 조절이 가능하다. 즉, 무기-유기 혼성재료는 -0.2x10-4/℃에서 -3x10-4/℃ 정도의 넓은 범위로 열광학계수의 조절이 가능하다. 무기-유기 혼성재료는 용액 상태에서 제조하므로 쉽게 시작 농도를 달리할 수 있으며, 무기 망목구조물과 유기물과의 비율을 시작 농도로부터 조절할 수 있다. 예를 들어 테트라메톡시실란과 페닐트리메톡시실란을 출발 물질로 한다면 테트라메톡시실란이 많을수록 최종 생성물에는 무기 망목구조물이 많을 것이고, 페닐트리메톡시실란이 많을수록 유기물이 많아진다. 이러한 출발물질에 의한 무기 망목구조물과 유기물 비율의 조절로부터 최종 생성물의 굴절률과 열광학계수를 조절할 수 있다. 이러한 열광학계수의 조절은 무기-유기 혼성재료 내의 유기물의 비율이 증가할수록 음의 방향으로 증가한다.In the inorganic-organic hybrid material according to the present invention, the thermo-optic coefficient exhibits a negative value and can be adjusted to a range that cannot be obtained with quartz glass and polymer, which are conventional optical waveguide materials. That is, the inorganic-organic hybrid material can adjust the thermo - optic coefficient in a wide range of about -0.2x10 -4 / ℃ to -3x10 -4 / ℃. Inorganic-organic hybrid materials are prepared in solution, so they can be easily varied in starting concentration, and the ratio of the inorganic network structure and organics can be adjusted from the starting concentration. For example, if tetramethoxysilane and phenyltrimethoxysilane are used as starting materials, the more tetramethoxysilane, the more the end product will have an inorganic network structure, and the more phenyltrimethoxysilane, the more organic matter. The refractive index and thermo-optic coefficient of the final product can be adjusted by controlling the ratio of the inorganic network structure and the organic material by the starting material. The adjustment of the thermo-optic coefficient increases in the negative direction as the ratio of organic matter in the inorganic-organic hybrid material increases.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 출발 물질의 선택을 통해 열광학계수를 조절할 수 있다. 출발물질 내의 유기물이 수식제 역할을 하는 경우 일반적으로 유기물의 분자량이 클수록 열광학계수는 음의 방향으로 증가한다. 예를 들면, 수식된 유기물이 메틸기일 때보다 에틸기일 때 열광학계수는 더 큰 음의 값을 나타낸다.The inorganic-organic hybrid material according to the present invention can adjust the thermo-optic coefficient through the selection of the starting material. When the organic material in the starting material acts as a modifier, the larger the molecular weight of the organic material is, the higher the thermo-optic coefficient is in the negative direction. For example, when the modified organic material is an ethyl group than when the methyl group, the thermo-optic coefficient shows a larger negative value.

또한 본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 유기 중합반응이 가능한 유기체를 포함하고 있는 경우 적당한 개시제의 첨가 후에 열이나 자외선 등의 강한 빛의 조사에 의해 유기 그룹들 사이에 중합반응이나 가교반응을 통해 열광학계수를 조절할 수 있다. 이러한 유기체들의 중합반응이나 가교반응은 무기-유기 혼성재료의 유기 망목도를 증가시키고 열광학계수는 양의 방향으로 증가한다.In addition, when the inorganic-organic hybrid material according to the present invention contains an organism capable of organic polymerization, after addition of a suitable initiator, the polymerization or crosslinking reaction between organic groups is carried out by irradiation of strong light such as heat or ultraviolet ray. The thermo-optic coefficient can be adjusted. The polymerization or crosslinking of these organisms increases the organic mesh of the inorganic-organic hybrid material and the thermo-optic coefficient increases in the positive direction.

본 발명에서는 무기-유기 혼성재료가 액상에서 제조되므로 특수한 물성을 가지는 무기물이나 유기물을 쉽고 균일하게 첨가시킬 수 있다. 첨가되는 무기물이나 유기물이 가지는 특성에 의해 열광학계수를 조절할 뿐 아니라 부가적인 물성을 부여할 수 있다. 예를 들어 알루미늄 알콕사이드, 게르마늄 알콕사이드, 지르코늄 알콕사이드를 첨가시킬 경우 열광학계수는 양의 방향으로 증가하고 굴절률, 강도, 광감성(photosensitivity) 등도 증가시킬 수 있다. 그리고 불소 원자가 치환된 실란이나 유기 단량체를 첨가할 경우 열광학계수는 음의 값으로 크게 증가하고 광도파손실과 굴절률은 감소시킬 수 있다. 그리고 무기-유기 혼성재료 내에 실리카, 보헤마이트, 알루미나, 지르코니아 금속산화물 입자를 물이나 알코올 등의 용매에 분산시켜 첨가시킬 경우 무기-유기 혼성재료의 열광학계수는 양의 방향으로 증가하고 굴절률, 강도 또한 증가시킬 수 있다. In the present invention, since the inorganic-organic hybrid material is prepared in the liquid phase, it is possible to easily and uniformly add inorganic or organic substances having special physical properties. Not only the thermo-optic coefficient is adjusted by the properties of the added inorganic or organic material, but additional properties can be given. For example, when aluminum alkoxide, germanium alkoxide and zirconium alkoxide are added, the thermo-optic coefficient may increase in the positive direction and also increase the refractive index, the intensity, the photosensitivity, and the like. In addition, when the silane or organic monomer substituted with a fluorine atom is added, the thermo-optic coefficient may be increased to a negative value, and the optical waveguide loss and refractive index may be reduced. When the silica, boehmite, alumina, and zirconia metal oxide particles are dispersed in a solvent such as water or alcohol in the inorganic-organic hybrid material, the thermo-optic coefficient of the inorganic-organic hybrid material increases in the positive direction, and the refractive index, strength It can also increase.

본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료는 액체 상태로부터 제조되고 점도의 변화가 용이하므로 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 바 코팅법과 같은 비교적 쉬운 코팅 공정에 의해 막을 형성할 수 있는 장점을 가진다. 점도 변화에 의해 코팅막의 두께를 조절할 수 있으며 균일한 코팅 막을 얻을 수 있다. 이러한 코팅막으로부터 굴절률이 높은 코어부와 그 코어부를 둘러싸는 굴절률이 낮은 상/하 클래드부로 이루어지고 코어부와 클래드부의 적어도 어느 한 영역이 본 발명에 의한 무기-유기 혼성재료를 포함하여 열광학계수가 상이한 광도파로를 제작할 수 있다. 이러한 광도파로를 이용하여 도파되는 빛의 특성을 제어할 수 있는 열광학 소자를 제작할 수 있게 한다.The inorganic-organic hybrid material according to the present invention has the advantage of being able to form a film by a relatively easy coating process such as spin coating method, dip coating method, bar coating method because it is prepared from the liquid state and easy to change the viscosity. The thickness of the coating film can be adjusted by changing the viscosity, and a uniform coating film can be obtained. The coating film is composed of a high refractive index core portion and a low refractive index upper and lower cladding portion surrounding the core portion, and at least one region of the core portion and the clad portion includes an inorganic-organic hybrid material according to the present invention and differs in thermooptic coefficient. An optical waveguide can be manufactured. By using such an optical waveguide, it is possible to manufacture a thermo-optic device that can control the characteristics of the light to be guided.

이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권 리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다. Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only presented to understand the content of the present invention and should not be construed that the scope of the present invention is limited to these examples.

<실시예 1><Example 1>

페닐트리메톡시실란(PhTMS)에 0.1N HCl을 1:3 몰비율로 첨가한 용액과 테트라메톡시오쏘실리케이트(TMOS)에 0.1N HCl을 1:2 몰비율로 첨가한 용액을 혼합하여 12시간 동안 교반하여 졸-겔 반응을 수행하였다. 혼합시 페닐트리메톡시실란과 테트라메톡시오쏘실리케이트의 몰비율을 하기 표 1과 같이 조절하여 최종적으로 얻어진 코팅막의 조성을 조절하였다. 혼합된 용액을 진공 증발기에서 섭씨 60도의 온도를 유지하며 20분 동안 용액 내에 있는 메탄올을 뽑아내었다.12 hours in which 0.1N HCl was added to phenyltrimethoxysilane (PhTMS) in a 1: 3 molar ratio, and 0.1N HCl was added to tetramethoxy orthosilicate (TMOS) in a 1: 2 molar ratio. Stirring was carried out to carry out the sol-gel reaction. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane and tetramethoxy orthosilicate at the time of mixing was adjusted as shown in Table 1 to adjust the composition of the coating film finally obtained. The mixed solution was extracted with methanol in the solution for 20 minutes while maintaining a temperature of 60 degrees Celsius in a vacuum evaporator.

최종 용액을 스핀코팅기를 이용하여 실리콘 기판 위에 코팅한 후, 섭씨 180도에서 12시간 동안 열처리하였다. 코팅된 막의 두께는 3~4㎛의 두께를 가졌으며, 냉각시 코팅 막에 열응력(thermal stress)이 작용하므로 150℃, 120℃, 80℃, 40℃의 온도로 단계적으로 서서히 냉각시켜 최종 코팅막을 제조하였다. The final solution was coated onto a silicon substrate using a spin coater and then heat treated at 180 degrees Celsius for 12 hours. The thickness of the coated film has a thickness of 3 ~ 4㎛, and the thermal stress (thermal stress) acts on the coating film during cooling, gradually cooling to the temperature of 150 ℃, 120 ℃, 80 ℃, 40 ℃ step by step the final coating film Was prepared.

하기 표 1은 페닐트리메톡시실란과 테트라메톡시오쏘실리케이트의 몰비율 (PhTMS/TMOS)에 따른 열광학계수를 나타낸다. 열광학계수의 측정은 실리콘 기판 위에 측정하고자 하는 막을 형성하고 프리즘 커플러에 열제어장치를 설치하여 섭씨 30~100도의 온도 범위에서 측정된 굴절율의 값을 직선적으로 근사한 후 온도에 따른 굴절률 변화율로서 측정하였다.(App. Phy. Lett., Vol. 81, No. 8, pp. 1438~14 (2002))Table 1 below shows the thermo-optic coefficient according to the molar ratio (PhTMS / TMOS) of phenyltrimethoxysilane and tetramethoxy orthosilicate. The thermo-optic coefficient was measured as a refractive index change with temperature after linearly approximating the value of the refractive index measured in the temperature range of 30 to 100 degrees Celsius by forming a film to be measured on a silicon substrate and installing a thermal control device on the prism coupler. (App.Phy. Lett., Vol. 81, No. 8, pp. 1438-14 (2002))

<표 1>TABLE 1

PhTMS/TMOSPhTMS / TMOS 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 0.50.5 -1.35-1.35 1One -1.84-1.84 22 -2.15-2.15 33 -2.56-2.56 44 -3.01-3.01

<실시예 2><Example 2>

3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)에 0.1N HCl을 1:3 몰비율로 첨가한 용액과 퍼플루오로알킬실란(PFAS)에 0.1N HCl을 1:2 몰비율로 첨가한 용액을 혼합하여 24시간 동안 교반하여 졸-겔 반응을 수행하였다. 혼합시 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 퍼플루오로알킬실란의 몰비율을 하기 표 2와 같이 조절하여 최종적으로 얻어진 코팅막의 조성을 조절하였다. 이후의 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 코팅된 막의 두께는 7~10㎛를 나타냈다. 하기 표 2에는 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 퍼플루오로알킬실란의 몰비율(PFAS/MPTS)에 따른 열광학계수를 나타낸다.0.1N HCl was added to 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTS) in a 1: 3 molar ratio and 0.1N HCl was added to perfluoroalkylsilane (PFAS) in a 1: 2 molar ratio. The solution was mixed and stirred for 24 hours to conduct a sol-gel reaction. During mixing, the molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and perfluoroalkylsilane was adjusted as shown in Table 2 to adjust the composition of the coating film finally obtained. The subsequent process was carried out in the same manner as in Example 1 and the thickness of the coated film was 7 ~ 10㎛. Table 2 below shows the thermo-optic coefficient according to the molar ratio (PFAS / MPTS) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and perfluoroalkylsilane.

<표 2>TABLE 2

PFAS/MPTSPFAS / MPTS 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 0.50.5 -2.11-2.11 1One -2.34-2.34 22 -2.60-2.60 33 -2.82-2.82 44 -3.02-3.02

<실시예 3><Example 3>

메틸실리콘트리클로라이드(MSTC)와 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS)를 수분이 적은 질소 분위기에서 30분간 교반하였다. 이 때 메틸실리콘트리클로라이드와 테트라에틸오쏘실리케이트의 몰비율을 하기 표 3와 같이 조절하여 최종적으로 얻어진 코팅막의 조성을 조절하였다. 반응의 촉매로서 아이언클로라이드(FeCl3)를 전체 실리콘의 1 중량%로 첨가한 후, 35℃의 온도에서 12시간 동안 교반하여 졸-겔 반응을 수행하였다. 이후의 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 코팅된 막의 두께는 8~10㎛를 나타냈다. 하기 표 3에는 메틸실리콘트리클로라이드와 테트라에틸오쏘실리케이트의 몰비율(MSTC/TEOS)에 따른 열광학계수를 나타낸다.Methyl silicon trichloride (MSTC) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) were stirred for 30 minutes in a nitrogen atmosphere with low moisture. At this time, the molar ratio of methylsilicon trichloride and tetraethyl orthosilicate was adjusted as shown in Table 3 to adjust the composition of the coating film finally obtained. Iron chloride (FeCl 3 ) was added as a catalyst of the reaction at 1% by weight of the total silicon, followed by stirring at a temperature of 35 ° C. for 12 hours to perform a sol-gel reaction. The subsequent process was carried out in the same manner as in Example 1 and the thickness of the coated film was 8 ~ 10㎛. Table 3 shows the thermo-optic coefficients according to the molar ratio (MSTC / TEOS) of methyl silicon trichloride and tetraethyl orthosilicate.

<표 3>TABLE 3

MSTC/TEOSMSTC / TEOS 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 0.50.5 -0.70-0.70 1One -0.89-0.89 22 -1.19-1.19 33 -1.44-1.44 44 -1.61-1.61

<실시예 4><Example 4>

3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)에 0.1N HCl을 1:3 몰비율로 첨가한 용액과 테트라메톡시오쏘실리케이트(TMOS)에 0.1N HCl을 1:2 몰비율로 첨가한 용액을 혼합하여 12시간 동안 교반한 후, 혼합된 용액을 진공 증발기에서 60℃의 온도를 유지하며 20분 동안 용액 내에 있는 메탄올을 뽑아내었다. 그리고 아크릴 유기중합 개시제인 벤조일퍼옥사이드를 실리콘 원자의 3 중량%의 양으로 첨가한 후 1시간 동안 교반하였다. 최종 용액을 스핀코팅기를 이용하여 실리콘 기판 위에 코팅한 후 자외선 조사량을 하기 표 4와 같이 조절하여 유기 중합도를 조절하였다. 이후의 열처리 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 하기 표 4에는 자외선 조사량에 따른 열광학계수를 나타낸다.0.1N HCl was added to 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTS) in a 1: 3 molar ratio, and 0.1N HCl was added to tetramethoxy orthosilicate (TMOS) in a 1: 2 molar ratio. After the solution was mixed and stirred for 12 hours, the mixed solution was extracted in methanol in the solution for 20 minutes while maintaining the temperature at 60 ° C. in a vacuum evaporator. And benzoyl peroxide, an acrylic organic polymerization initiator, was added in an amount of 3% by weight of the silicon atom, followed by stirring for 1 hour. The final solution was coated on a silicon substrate using a spin coater, and then the amount of ultraviolet irradiation was adjusted as shown in Table 4 to adjust the degree of organic polymerization. After the heat treatment was performed in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the thermo-optic coefficient according to the amount of ultraviolet radiation.

<표 4>TABLE 4

UV 조사량(J/cm2)UV dose (J / cm 2 ) 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 00 -1.75-1.75 2.72.7 -1.67-1.67 13.513.5 -1.60-1.60 2727 -1.47-1.47 8181 -1.37-1.37 162162 -1.18-1.18

<실시예 5><Example 5>

3-글리시독시프로필트리메톡시실란(GPTS)에 0.1N HCl을 1:3 몰비율로 첨가한용액과 테트라메톡시오쏘실리케이트(TMOS)에 0.1N HCl을 1:2 몰비율로 첨가한 용액을 혼합하여 12시간 동안 교반한 후, 에폭시 유기중합 개시제인 알루미늄 2-부톡사이드를 첨가한 후 3시간 동안 교반하였다. 이 때 알루미늄 2-부톡사이드의 양을 하기 표 5와 같이 조절하여 에폭시 유기 중합도를 조절하였다. 혼합된 용액을 진공 증발기에서 60℃의 온도를 유지하며 용액 내에 있는 메탄올을 뽑아내었다. 이후의 과정은 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다. 하기 표 5에는 에폭시 유기 중합도에 따른 열광학계수를 나타낸다.A solution containing 0.1N HCl in a 1: 3 molar ratio to 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTS) and a solution containing 0.1N HCl in a 1: 2 molar ratio to tetramethoxy orthosilicate (TMOS) The mixture was stirred for 12 hours, and then aluminum 2-butoxide, an epoxy organic polymerization initiator, was added, followed by stirring for 3 hours. At this time, the amount of aluminum 2-butoxide was adjusted as shown in Table 5 to adjust the epoxy organic polymerization degree. The mixed solution was extracted with methanol in the solution while maintaining the temperature at 60 ° C. in a vacuum evaporator. The subsequent process was performed in the same manner as in Example 4. Table 5 shows the thermo-optic coefficient according to the degree of epoxy organic polymerization.

<표 5>TABLE 5

알루미늄 2-부톡사이드 (wt%)Aluminum 2-butoxide (wt%) 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 00 -1.81-1.81 1One -1.59-1.59 33 -1.42-1.42 55 -1.33-1.33 1010 -1.27-1.27

<실시예 6><Example 6>

3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)에 0.1N HCl을 1:3 몰비율로 첨가한 용액과 pH 3 정도에서 안정화된 실리카 졸을 혼합하여 5시간 동안 교반하였다. 혼합시 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 실리카 졸의 몰비율은 하기 표 6에 표시된 바와 같이 조절하였다. 최종 용액의 코팅과 열처리는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 하기 표 6에는 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 실리카 졸의 몰비율(MPTS/실리카졸)에 따른 열광학계수를 나타낸다.To the 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MPTS) was added a solution of 0.1N HCl in a 1: 3 molar ratio and the silica sol stabilized at pH 3 was stirred for 5 hours. The molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and silica sol upon mixing was adjusted as indicated in Table 6 below. Coating and heat treatment of the final solution was carried out in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the thermo-optic coefficients according to the molar ratio (MPTS / silica sol) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and silica sol.

<표 6>TABLE 6

MPTS/실리카졸MPTS / Silicazol 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 0.50.5 -0.22-0.22 1One -0.54-0.54 22 -0.81-0.81 33 -1.17-1.17 44 -1.34-1.34

<실시예 7> <Example 7>

3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)과 디페닐실란디올(DPDS)의 몰비율을 하기 표 7에 표시된 바와 같이 조절하여 혼합하고 용액을 30분간 교반하였 다. 교반된 용액에 반응의 촉매로서 바륨하이드록사이드(Ba(OH)2)를 전체 실리콘 원자의 5 중량%로 천천히 첨가한 후, 진공 증발기를 이용하여 60℃의 온도에서 3시간 반응시켰다. 최종용액을 바 코팅기를 이용하여 상기 실시예 3과 같이 최종 막을 제조하였다. 최종 용액의 코팅과 열처리는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 하기 표 6에는 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 디페닐실란디올의 몰비율(DPDS/MPTS)에 따른 열광학계수를 나타낸다.The molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTS) and diphenylsilanediol (DPDS) was adjusted and mixed as indicated in Table 7 below, and the solution was stirred for 30 minutes. Barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) was slowly added to the stirred solution as 5 wt% of the total silicon atoms as a catalyst of the reaction, and then reacted at a temperature of 60 ° C. for 3 hours using a vacuum evaporator. The final solution was prepared in the final membrane as in Example 3 using a bar coater. Coating and heat treatment of the final solution was carried out in the same manner as in Example 1. Table 6 shows thermooptic coefficients according to the molar ratio (DPDS / MPTS) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and diphenylsilanediol.

<표 7>TABLE 7

DPDS/MPTSDPDS / MPTS 열광학계수(x10-4/℃)Thermo-optic Coefficient (x10 -4 / ℃) 0.50.5 -2.07-2.07 1One -2.23-2.23 22 -2.50-2.50 33 -2.69-2.69 44 -2.88-2.88

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 열광학 광도파로 재료는 기존의 석영계 유리와 폴리머 재료에 비해 넓은 범위로 열광학 계수를 조절할 수 있음으로써 열광학 광도파로 소자의 설계 및 제작을 용이하게 하고 소자 특성을 향상시키는 효과를 제공한다.As described above, the thermo-optic waveguide material according to the present invention facilitates the design and fabrication of thermo-optic waveguide devices by controlling thermo-optic coefficients in a wider range than conventional quartz-based glass and polymer materials. To improve the effect.

Claims (15)

음의 값의 열광학계수를 가지며, 구조내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교나 수식이 가능한 유기단량체로 가교된 망목구조를 가지는 무기-유기 혼성재료를 포함하며, 상기 무기-유기 혼성재료를 구성하는 상기 망목구조 또는 망목구조내의 무기-유기 조성을 조절하여 열광학계수를 조절하는 것을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법Including an inorganic-organic hybrid material having a negative thermo-optic coefficient, and having a mesh structure crosslinked with an oxygen atom bonded to silicon in the structure or an organic monomer capable of crosslinking or modification, and constitutes the inorganic-organic hybrid material. Thermo-optic coefficient control method of the thermo-optic waveguide device fabrication inorganic-organic hybrid material, characterized in that for controlling the thermo-optic coefficient by adjusting the inorganic-organic composition in the network structure or the network structure 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기-유기 혼성재료는 하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 산 또는 염기 촉매의 존재 하에 가수분해 및 축합반응을 거쳐 형성된 화합물임을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법The inorganic-organic hybrid material of the inorganic-organic hybrid material for manufacturing a thermo-optic optical waveguide device, characterized in that the compound represented by the following formula (1) is formed through a hydrolysis and condensation reaction in the presence of an acid or a base catalyst Thermo optical coefficient control method (OR1)nSi-R2 m (n+m=4) (1)(OR 1 ) n Si-R 2 m (n + m = 4) (1) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.In the above, R 1 is a straight or branched chain alkyl group or hydrogen atom having 1 to 10 carbon atoms, R 2 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, n is a natural number of 1 to 4, m is an integer between 0 and 3. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기-유기 혼성재료는 하기 식 (2)로 표시되는 화합물을 산 또는 염기 촉매의 존재 하에 가수분해 및 축합반응을 거쳐 형성된 화합물임을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법The inorganic-organic hybrid material of the inorganic-organic hybrid material for manufacturing a thermo-optic optical waveguide device, characterized in that the compound represented by the following formula (2) is a compound formed by the hydrolysis and condensation reaction in the presence of an acid or a base catalyst. Thermo optical coefficient control method (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4) (2)(OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (2) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬, R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 물질, n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.In the above, R 1 is a linear or branched alkyl group or hydrogen atom having 1 to 10 carbon atoms, X is a carbon chain having 3 to 6 carbon atoms, R 3 is a vinyl group, glycidoxy group, methacryl group or 4 to 8 carbon atoms Substituted fluoride atoms in individual carbon chains, n is a natural number from 1 to 4, m is an integer from 0 to 3. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기-유기 혼성재료는 하기 식 (3)으로 표시되는 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 얻어지는 화합물임을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법.The inorganic-organic hybrid material is a compound obtained by reacting an organic halogen silane represented by the following formula (3) with a silicon alkoxide or alkyl ether: thermo-optic coefficient control of an inorganic-organic hybrid material for manufacturing a thermo-optic optical waveguide device Way. R4SiCl3 (3)R 4 SiCl 3 (3) 상기에서 R4는 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 물질.R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, a glycidoxy group, a methacryl group, or a 4 to 8 carbon chain in a carbon chain. Substituted Substituted Substances. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 금속 클로라이드를 촉매로 함을 특징으로 하는 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법 Thermo-optic coefficient control method of inorganic-organic hybrid material for thermo-optic waveguide device fabrication characterized by metal chloride 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 무기-유기 혼성물질은 물이나 알콜에 분산된 규소 산화물 입자들과 하기 식 (1) 또는 (2)로 표시되는 화합물 중 적어도 하나의 화합물과 반응하여 얻어진 열광학 광도파로 소자 제작용 무기-유기 혼성재료의 열광학계수 제어방법.The inorganic-organic hybrid material is an inorganic-organic hybrid for fabricating a thermo-optic optical waveguide device obtained by reacting silicon oxide particles dispersed in water or alcohol with at least one compound represented by the following formula (1) or (2): Method for controlling the thermo-optic coefficient of a material. (OR1)nSi-R2 m (n+m=4) (1)(OR 1 ) n Si-R 2 m (n + m = 4) (1) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자. R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기. n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.R 1 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom. R <2> is a C1-C4 linear or branched alkyl group, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, and an amine group. n is a natural number between 1 and 4, and m is an integer between 0 and 3. (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4) (2)(OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (2) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자. X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬. R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 물질. n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.R 1 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom. X is a carbon chain having 3 to 6 carbon atoms. R 3 is a substance containing a vinyl group, glycidoxy group, methacryl group or a fluoride atom substituted in a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms. n is a natural number between 1 and 4, and m is an integer between 0 and 3. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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