KR100666261B1 - 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 10^-5~10^-7 Torr정도의 진공도 하에서 진공실 압력이 100² Torr 될 때까지 아르곤 가스를 유입시키는 단계와, 표적재료인 은나노 입자에 높은 부전압을 가하여 글로우 방전을 진행시키는 단계와, 상기 글로우 방전에 의해 발생되는 상기 아르곤 가스의 양이온을 음극으로 대전된 표적재료인 은나노 입자 표면에 충돌시키는 단계와, 상기 은나노 입자와 상기 아른곤 가스의 충돌로 상기 은나노 입자가 증기상의 원자형태로 방출시키는 단계, 및 상기 증기상의 은나노는 주변에 형성된 플라즈마 영역을 일정한 크기의 입자만 통과되어 상기 피처리 대상물에 일정크기로 코팅되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 본 발명에 따른 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착방법에 의해 살균 및 멸균 기능을 갖는 은나노를 공조기 등을 포함한 다양한 산업분야에 적용되는 가정 및 산업용품의 구성요소에 일정한 두께로 용이하게 증착시킴으로써 살균, 멸균 및 항균 기능을 부여할 뿐만 아니라 증착 용품의 기능이 보다 향상되고 내구성이 증대되는 효과가 발생된다.

공조기, 은나노, 스퍼터링, 열교환기, 플라즈마

Description

스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착 방법{silver-nano vapor deposition method using sputtering process}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공조기의 냉/난방 열교환부의 내부 구조를 도시한 도면.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 공조기 코일에 은나노의 이온 클러스터 스퍼터링을 상태를 나타내는 도면.

도 3a, 3b, 4a, 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 은나노가 증착된 공조기 코일에 대한 친수성 및 박테리아 배양실험 상태를 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

6 : 냉/난방 코일, 10 : 은나노 입자,

14 : 아르곤 이온, 16 : 은이온,

18 : 코팅층

본 발명은 은나노 증착방법에 관한 것으로, 특히 살균 및 멸균 기능을 갖는 은나노를 공조기 등을 포함한 다양한 산업분야에 적용되는 가정 및 산업용품의 구 성요소에 일정한 두께로 증착시킴으로써 살균, 멸균 및 항균 기능을 부여할 뿐만 아니라 증착 용품의 기능이 보다 향상되고 내구성이 증대되는 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 최근에 산업화가 급속도로 진행됨에 따라 신규 화합물이 새롭게 개발되고 있으며, 이러한 추세에 비례적으로 각종 오염물질이 생성되고 있는 실정이다. 또한, 이러한 신규 오염물질의 생성과 함께 각종 질병이 출현되고 있으며, 이러한 질병을 치료하기 위한 백신이 개발되고 있는 악순환이 지속되고 있다.

특히 건강에 크게 영향을 미치는 실내공기의 품질에 대하여 관심이 고조되고 있는바, 실내에는 각종 먼지 또는 미립자 등이 잔존하기 때문에 항상 실내의 공기가 청정한 상태를 유지하도록 실내의 소정 위치에 공조기를 설치하여 사용하게 되는데 이러한 공조기는 동장 등의 대형 건물의 실내에 설치될 때 대형으로 제작하게 된다.

또한 공기 조화기나 정수기의 필터 등에 사용되는 부직포, 기능성 의류 등의 소재가 되는 섬유 및 기능성 필름 등에는 특수한 효능을 나타내는 은 등의 물질을 코팅하여 사용되고 있다.

그러나 상기와 같이 피처리 대상물에 은 등을 코팅하는 경우에는 전기분해 방법을 이용하게 되는데 이러한 도금법은 백금 촉매나 도금 약품을 사용하므로 생산 원가가 높을 뿐 아니라 환경 오염 원인이 된다.

게다가 코팅막 두께를 정확하게 제어할 수 없어 코팅막의 성능이 저하될 뿐 아니라 피처리 대상물의 원래 기능도 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 살균 및 멸균 기능을 갖는 은나노를 공조기 등을 포함한 다양한 산업분야에 적용되는 가정 및 산업용품의 구성요소에 일정한 두께로 증착시킴으로써 살균, 멸균 및 항균 기능을 부여할 뿐만 아니라 증착 용품의 기능이 보다 향상되고 내구성이 증대되는 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 은나노를 코팅한 구성요소를 이용함으로써 공조기 등의 제작시 요구되는 친수성 페인트 도포공정은 필요가 없게 되므로 통기저항이 감소 될 뿐만 아니라 열전도성이 증대되어 이에 따른 소비전력이 감소되어 에너지 절감에 효과를 갖는 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법은, 10^-5~10^-7 Torr정도의 진공도 하에서 진공실 압력이 100² Torr 될 때까지 아르곤 가스를 유입시키는 단계와, 표적재료인 은나노 입자에 높은 부전압(-500~-5000V)을 가하여 글로우 방전(glow discharge)을 진행시키는 단계와, 상기 글로우 방전에 의해 발생되는 상기 아르곤 가스의 양이온을 음극으로 대전된 표적재료인 은나노 입자 표면에 충돌시키는 단계와, 상기 은나노 입자와 상기 아른곤 가스의 충돌로 상기 은나노 입자가 증기상의 원자형태로 방 출시키는 단계, 및 상기 증기상의 은나노는 주변에 형성된 플라즈마 영역을 일정한 크기의 입자만 통과되어 상기 피처리 대상물에 일정크기로 코팅되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 아르곤 가스의 양을 조절하여 상기 피처리 대상물의 은나노 코팅 두께를 조절하며, 상기 피처리 대상물의 코팅 두께는 50 내지 500nm(nanometer)인 것이 바람직 하다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 피처리 대상물은 먼지 등을 걸러내는 용도로 사용되는 가정용, 산업용, 차량용 에어컨 필터나, 공기청정기와 정수기 등에 사용되는 필터 및 공조기 등에 사용되는 냉/난방 코일이나 열교환기일 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공조기용 열교환부의 내부 구조를 도시한 도면 및 요부확대 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 공조기를 예로 들어 설명하였으며 은나노 진공증착을 실행하기 위한 공조기의 열교환부(2)는 냉/난방 유체가 통과하는 냉/난방관(4)과, 이 냉/난방관(4)의 공기 접촉면을 넓히기 위해 냉/난방관(4)과 중심부에 등간격으로 배열된 다수의 삽입공(8)통해 직각 교차상태로 적층 결합되는 다수의 냉/난방코일(6)로 이루어진다.

통상적으로 상기한 냉/난방 코일(6)은 알루미늄 박막으로 이루어져 있으며, 그 외면에는 도료의 도포를 통해 도막이 형성되어 있다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 공조기용 냉/난방 코일에 은나노 이온 클러스터 스퍼터링을 나타내는 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 은나노가 증착된 공조기용 냉/난방 코일에 대한 친수성 및 박테리아 배양실험 상태를 도시한 도면이다.

본 발명은 공조기용 냉/난방 코일(6)에 은나노 이온 클러스터 스퍼터링(sputtering) 공정을 수행하는 것으로, 이는 고체 표면에 고 에너지의 입자를 충돌시키면 표적재료의 원자가 완전 탄성충돌에 의하여 운동량을 교환하면서 표면 밖으로 튀어나오게 하는 공정으로 이온(ion)물질의 원자간 결합에너지보다 큰 운동에너지로 충돌할 경우 이 이온의 충격에 의하여 물질의 격자간 원자가 다른 위치로 밀리게 되고 원자의 표면탈출이 발생하게 되는 현상을 이용하는 것이다.

다시 말해 진공이 유지된 쳄버내에 아르곤 가스(Ar)을 흘려주면서 표적재료(TARGET, 10)에 직류전원을 인가하면, 증착하고자 하는 기판(6)과 표적재료(10) 사이에 플라즈마가 발생한다. 이러한 플라즈마 영역은 고출력 직류 전류계에 의해서 음극(cathode)으로 가속되어 표적재료(10)의 표면에 충돌하게 되며, 이러한 충돌에너지에 의해 표적재료(10)의 원자가 튀어 오르게 된다.

이러한 스퍼터링 공정은 그 종류에 따라 RF스퍼터링 방법, 마그네트론 스퍼터링 방법, 이온 스퍼터링 방법 등이 있으며 각각의 목적에 따라 표면의 이온화를 증가시키기 위한 여러 방법이 채택되고 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공조기용 냉/난방 코일에 은나노를 진공 증착하기 위한 방법으로는 상기한 RF 스퍼터링 방법, 마그네트론 스퍼터링 방법, 이온 스퍼터링 방법중 어떤 방법이나 그 사용이 무관하나, 특히 이온 스퍼터링이나 RF 스 퍼터링 방법을 적용함이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 공조기 코일의 은나노 진공 증착과정으로 이온 스퍼터링 방법을 기술한다.

이온 스퍼터링의 경우, 초기에는 진공증착과 동일한 10^-5~10^-7 Torr정도의 진공도를 유지하나 플라즈마를 발생시킬 수 있는 아르곤 가스를 진공실 압력이 100² Torr 될 때까지 유입시키고, 표적재료(10)에 높은 부전압(-500~-5000V)을 걸어 음극으로 만든다. 이때, 아르곤 가스가 유입된 플라즈마 상태의 영역을 CDS(12)라 한다.

그리고, 통상적인 글로우 방전에 의해 발생한 높은 에너지(1000eV)를 가진 불활성가스 양이온(14)이 음극으로 대전된 표적재료인 은나노 입자 표면(10)에 충돌하여 표적재료(10)의 은나노 입자를 원자형태(16)로 방출시키며 진공 증착의 경우보다 높은 10 ~ 40eV 정도 에너지를 가진 증기상이 피처리물(6)측으로 이동하여 응축되게 함으로써 피처리물(6)의 표면에 코팅층(18)을 형성하는 방법이다.

게다가 본 발명은 은나노 스퍼터링 처리된 휜(fin)을 적용하여 공조기용 냉각코일을 제작함으로써 냉각코일에서의 열전달 상승을 가져오는 효과뿐만 아니라 코일 표면의 친수성 및 방오, 탈취 및 살균의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 비표적물이고 순수 100% 알루미늄 박판인 냉/난방 코일(6)을 이용하되 은나노 코팅두께가 50 내지 500nm인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 사용되는 스퍼터링 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

즉 클러스터 이온 스퍼터링은 에너지를 가진 입자에 의해 플라즈마 상태에서 이온화된 원자가 가속되어 은나노입자를 때리게 되고, 이로 인해 떨어져 나온 은나노 원자들이 코팅하고자 하는 기판인 냉/난방 코일의 표면에 증착된다.

다시 말해 피처리물과 마주보는 기판 표면(알루미늄 박판)에서 불활성 가스인 아르곤 가스가 글로우 방전에 의하여 플라즈마를 형성하고 음극인 표적재료 표면에 아르곤 이온이 충돌하는 이온 폭격을 일으켜 은나노 입자가 증기상으로 방출하게 되는 것이다.

이러한 방법은 화학적 혹은 열적반응 과정이 아니며 기계적 과정에 의해 (운동량을 이용) 증기상을 만드는 방법으로 어떠한 재료라도 표적재료로 사용할 수 있는 장점이 있으며 일반적으로 DC방법을 사용하나 비전도성 표적재료의 경우에는 AC과정인 RF전위를 이용하여 스퍼터링한다.

본 발명에서 적용하는 클러스터 이온 소스를 적용하는 클러스터 스퍼터링은 사이즈를 자유자재로 스퍼터링하여 안정된 나노구조의 클러스터를 제어함으로써 순수한 박막증착을 구현할 수 있다.

그리고 본 방법은 코팅전 피처리물을 양극으로 활용하여 글로우 방전시키므로 스퍼터링에 의한 표면의 산화물 및 불순물의 제거가 가능하고 표면의 활성화로 코팅층의 접착성이 우수한 효과가 발생된다..

아래의 표는 은 나노 입자가 코팅된 냉/난방 코일(6)의 표면에 레지오넬라 및 황색포도상구균을 배양하여 살균능시험을 행한 결과이고, 도 3a 는 은나노 입자가 코팅된 냉/난방 코일(6)에 레지오넬라를 배양했을 때의 균주의 확인상태를 도시 한 사진이며, 도 3b 는 2 시간이 경과 된 균주의 확인상태이다.

또한, 도 4a 는 은나노 입자가 코팅된 냉/난방 코일(6)에 황색포도상 구균을 배양했을 때의 균주의 확인상태를 도시한 사진이며, 도 4b 는 2시간이 경과된 균주의 확인상태이다(실험 및 결과도출은 한국 환경수도 연구소에서 실시함).

[표 1]

시험균주	시료명	단위	초기균수	2시간경과후	7일경과후
레지오넬라	은나노코팅 냉/난방코일	CFU/㎖	1.5×103	불검출	불검출
	대조군	CFU/㎖	1.5×103	1.5×103	6.0×108
황색포도상구균	은나노코팅 냉/난방코일	CFU/㎖	1.8×103	불검출	불검출
	대조군	CFU/㎖	1.8×103	1.8×103	7.2×109

실험 결과, 본 발명에 따른 은나노 코팅이 이루어진 냉/난방 코일(6)에 레지오넬라 및 황색포도상구균을 배양한 결과, 2 시간이 경과 된 후 및 7 일이 경과 된 후 에 전혀 균이 검출되지 않았으나, 이에 반하여 일반적인 냉/난방 코일(6:대조군)의 경우에는 2시간이 지난 뒤에 살균효과가 전혀 없었으며 7일이 경과 된 후에는 균의 개수가 급증하였음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 일실시예에 따른 은나노가 증착된 공조기 냉/난방 코일의 제조방법은 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

다시 말해 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법으로 제조된 제품으로는 먼지 등을 걸러내는 용도로 사용되는 가정용, 산업용, 차량용 에어컨의 필터류와 공기청정기, 청소기 및 정수기 등에 사용되는 필터류 및 가정 및 산업용 공조기 등에 사용되는 냉/난방 코일, 특히 차량용 냉방 코일 등에 이용될 수 있다는 것은 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착방법은 살균 및 멸균 기능을 갖는 은나노를 공조기 등을 포함한 다양한 산업분야에 적용되는 가정 및 산업용품의 구성요소에 일정한 두께로 용이하게 증착시킴으로써 살균, 멸균 및 항균 기능을 부여할 뿐만 아니라 증착 용품의 기능이 보다 향상되고 내구성이 증대되는 효과가 발생된다. 게다가 은나노를 코팅하는 구성요소에는 물방울 맺힘을 방지하기 위한 친수성 페인트를 도포할 필요가 없게 되는데 이러한 결과 통기저항이 감소 될 뿐만 아니라 열전도성이 증대되므로 이에 따른 소비전력이 감소되어 에너지 측면에서도 우수한 효과가 발생된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 스퍼터링 공정을 이용한 은나노 증착 방법에 있어서,

   10^-5~10^-7 Torr의 진공도 하에서 진공실 압력이 100² Torr 될 때까지 아르곤 가스를 유입시키는 단계;

   표적재료인 은나노 입자에 부전압(-500~-5000V)을 가하여 글로우 방전(glow discharge)을 진행시키는 단계;

   상기 글로우 방전에 의해 발생되는 상기 아르곤 가스의 양이온을 음극으로 대전된 표적재료인 은나노 입자 표면에 충돌시키는 단계;

   상기 은나노 입자와 상기 아른곤 가스의 충돌로 상기 은나노 입자가 증기상의 원자형태로 방출시키는 단계; 및

   상기 증기상의 은나노가 피처리 대상물에 일정크기로 코팅되는 단계를 포함하고;

   상기 아르곤 가스의 양을 조절하여 상기 피처리 대상물의 은나노 코팅 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 피처리 대상물의 코팅 두께는 50 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착방법.
4. 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리 대상물은 가정용, 산업용, 차량용 에어컨의 필터와, 공기청정기, 청소기 및 정수기의 구성요소인 필터인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착방법.
5. 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리 대상물은 가정용, 산업용, 차량용 열교환기인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 공정을 이용한 은 나노 증착방법.

Images