KR100856746B1 - Fabricating method of titania thin film - Google Patents

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KR100856746B1 KR1020070027281A KR20070027281A KR100856746B1 KR 100856746 B1 KR100856746 B1 KR 100856746B1 KR 1020070027281 A KR1020070027281 A KR 1020070027281A KR 20070027281 A KR20070027281 A KR 20070027281A KR 100856746 B1 KR100856746 B1 KR 100856746B1
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thin film
titania
titania thin
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김용상
허현정
김정민
강치중
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명지대학교 산학협력단
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    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

A fabrication method of titania thin film is provided to mass-produce titania thin film and to obtain larger surface area of the titania thin film in a simple process by employing alumina template. A fabrication method of titania thin film comprises preparing alumina template in a process comprising steps of: debinding oil stain on the surface of aluminum substrate with acetone solution and carrying out electro-polishing of the aluminum plate in a mixture solution of perchloric acid and ethanol under a voltage(S10); carrying out the first anodizing of the aluminum plate in oxalic acid solution under a voltage(S11); removing the oxidized film on the surface of the aluminum plate to obtain the first porous oxidized film(S12); and carrying out the second anodizing of the aluminum plate and removing the oxidized film on the surface of the aluminum plate to obtain the second porous oxidized film(S13). The fabrication method of titania thin film having nanopore comprises steps of: preparing an alumina template having the second porous oxidized film; expanding the nanopore formed in the second porous oxidized film; forming PMMA mold of nanopole structure by painting liquid PMMA on the alumina template; embossing titania thin film of sol-gel state in the PMMA mold; and separating the embossed titania thin film from the PMMA mold. The fabrication method of titania thin film having nanopole or nanopipe comprises steps of: preparing an alumina template having the second porous oxidized film; forming synthesis mold of nanopore structure by painting PMMA solution on an aspect of the alumina template; embossing titania thin film of sol-gel state in the PMMA mold with the aspect having no PMMA solution of the synthesis mold; and separating the embossed titania thin film from the mold.

Description

티타니아 박막의 제조방법{Fabricating method of Titania thin film}Fabrication method of Titania thin film

도 1은 종래 기술에 따라 다수의 나노포어를 갖는 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 도,1 is a view showing a method of manufacturing a titania thin film having a plurality of nanopores according to the prior art,

도 2 는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 알루미나 템플릿의 형상이 확대 도시된 확대도,Figure 2 is an enlarged view showing an enlarged shape of the alumina template according to the prior art shown in Figure 1,

도 3 은 본 발명에 따른 티타니아 박막을 제조하기 위한 알루미나 템플릿의 제조방법이 도시된 순서도,3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an alumina template for producing a titania thin film according to the present invention;

도 4는 도 3에 도시된 알루미나 템플릿의 제조 방법의 바람직한 일실시예가 구체적으로 도시된 도,4 is a view specifically showing a preferred embodiment of the method of manufacturing the alumina template shown in FIG.

도 5 는 도 4에 도시된 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어의 형상이 비교 도시된 도,FIG. 5 is a view comparing the shapes of nanopores formed step by step in the embodiment shown in FIG. 4; FIG.

도 6 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 나노포어가 형성된 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 순서도,6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a titania thin film in which nanopores are formed in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 7 은 도 6에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예가 구체적으로 도시된 도,7 is a view specifically showing a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG.

도 8 은 도 7에 도시된 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어 또는 나노폴의 형상이 확대 도시된 도,FIG. 8 is an enlarged view of the shape of nanopores or nanopoles formed step by step in the embodiment shown in FIG. 7;

도 9 는 도 7 에 도시된 일실시예에 있어서 알루미나 템플릿에 형성된 나노포어의 깊이에 따른 PMMA 몰드의 형상이 비교 도시된 도,FIG. 9 is a view comparing the shape of the PMMA mold according to the depth of the nanopores formed in the alumina template in the embodiment shown in FIG. 7;

도 10 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 나노폴 또는 나노파이프가 형성된 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 순서도,10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a titania thin film in which nanopoles or nanopipes are formed according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 11 은 도 10에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예가 구체적으로 도시된 도,11 is a view specifically showing a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG.

도 12 는 도 11에 도시된 일실시예에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어, 나노폴 및 나노파이프의 형상이 확대 도시된 도,FIG. 12 is an enlarged view of the shape of nanopores, nanopoles, and nanopipes formed step by step in a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG. 11;

도 13 은 베어 ITO 기판 및 본 발명에 따른 ITO 기판상에 형성된 티타니아 박막의 XRD 패턴이 도시된 그래프,13 is a graph showing an XRD pattern of a titania thin film formed on a bare ITO substrate and an ITO substrate according to the present invention;

도 14 는 베어 ITO 기판 및 본 발명에 ITO 기판상에 형성된 티타니아 박막의 EDX 스펙트럼이 도시된 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing EDX spectra of a bare ITO substrate and a titania thin film formed on the ITO substrate in the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> <Explanation of symbols on main parts of the drawings>

10: 산화피막 11: 알루미늄 기판10: anodized film 11: aluminum substrate

12: 알루미나 템플릿 20: PMMA12: Alumina Template 20: PMMA

30: 티타니아 박막 35: ITO30: titania thin film 35: ITO

본 발명은 티타니아 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 복잡한 공정을 거치지 않고도 나노크기의 포어(pore), 폴(pole), 파이프(pipe) 등의 나노구조체의 구조가 치밀하고 균일하게 배열될 수 있는 티타니아 박막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a titania thin film, and in particular, the structure of the nanostructures such as nano-scale pores, poles, pipes, etc. can be densely and uniformly arranged without a complicated process. It relates to a method for producing a titania thin film.

티타니아는 이산화티탄(TiO2)의 별칭으로 물리, 화학적으로 매우 안정하고 굴절률이 높아 백색 안료, 고굴절 세라믹스 등에 많이 이용되며, 특히 광활성을 가지고 있어 광촉매로 많이 사용되고 있다.Titania is a nickname for titanium dioxide (TiO2), which is physically and chemically very stable and has a high refractive index, and is widely used in white pigments and high refractive ceramics. In particular, titania is widely used as a photocatalyst.

티타니아를 광촉매로 이용하는 경우 티타니아를 분말로 이용하는 방법과 특정한 지지체에 티타니아 박막을 형성하여 사용하는 방법으로 나눌 수 있으며, 티타니아 박막을 형성하여 사용하는 경우 박막의 반응면적을 최대화할 수 있는 티타니아 박막의 제조방법에 대한 연구가 진행되고 있다.When using titania as a photocatalyst, it can be divided into a method of using titania as a powder and a method of forming and using a titania thin film on a specific support.In the case of forming and using a titania thin film, the production of a titania thin film can maximize the reaction area of the thin film. Research on the method is ongoing.

도 1은 종래 기술에 따라 다수의 나노포어(nanopore)를 갖는 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 도이다.1 is a view showing a method for manufacturing a titania thin film having a plurality of nanopores (nanopore) according to the prior art.

종래 기술에 따라 다수의 나노포어를 갖는 티타니아 박막을 제조하기 위해서는 우선 알루미나(산화알루미늄, Al2O3) 템플릿을 제작한다. 알루미나 템플릿은 유리기판상에 소정두께의 알루미늄 막을 증착(evaporating)시키고, 이를 예를 들어 0.3M의 옥살산 용액에 넣고 전압을 가하는 양극산화처리를 행한다.In order to manufacture a titania thin film having a plurality of nanopores according to the prior art, an alumina (aluminum oxide, Al 2 O 3 ) template is first manufactured. The alumina template is anodized by evaporating an aluminum film of a predetermined thickness on a glass substrate, and putting it in a 0.3 M oxalic acid solution, for example, and applying a voltage.

상기 양극산화처리 후의 막의 표면에는 산화피막(Al2O3)이 형성되는데 이 산화피막에는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 나노크기의 포어(pore)가 다수 형성된다. 상기 나노포어의 간격 및 크기는 양극산화처리 시 사용하는 용액의 종류 및 전압의 크기에 의해 조절되며, 상기 나노포어의 깊이는 양극산화처리시간에 의해 조절될 수 있다.Anodized film (Al 2 O 3 ) is formed on the surface of the film after the anodization treatment, and a plurality of nano-sized pores are formed on the oxide film as shown in FIG. The spacing and size of the nanopores may be controlled by the type of solution used in the anodization and the size of the voltage, and the depth of the nanopores may be controlled by the anodization time.

다음에 도 1(b)에 도시된 바와 같이 상기 알루미나 템플릿의 형상을 따르는 PMMA 막을 형성하기 위해 나노포어가 형성된 알루미나 템플릿의 일면에 PMMA 용액을, 예를 들어 스핀코팅 방법을 사용하여 도포한다. 그리고 상기 PMMA 용액이 도포된 템플릿에 열을 가하여 도포된 PMMA 용액이 템플릿에 형성된 다수의 나노포어로 스며들어 메꾸어지도록 한다.Next, as shown in FIG. 1B, a PMMA solution is applied to one surface of the alumina template on which the nanopores are formed to form a PMMA film that follows the shape of the alumina template, for example, using a spin coating method. The PMMA solution is applied to the template to which the PMMA solution is applied so that the applied PMMA solution is permeated with a plurality of nanopores formed in the template.

그 후 도 1(c)에 도시된 바와 같이 PMMA 막의 상면에 PDMS 용액을 소정 두께로 도포한다. 이때 PDMS는 상기 PMMA 막의 배킹 레이어(backing layer)로서의 역할을 하며 PMMA 막과 함께 합성 몰드(1)를 형성하게 된다. Thereafter, a PDMS solution is applied to the upper surface of the PMMA film to a predetermined thickness as shown in FIG. 1 (c). At this time, the PDMS serves as a backing layer of the PMMA film and forms the composite mold 1 together with the PMMA film.

상기 PDMS가 완전히 응고되면 알루미나 템플릿을 제거하여 합성몰드(1)와 분리한다. 분리된 합성몰드(1)에는 알루미나 템플릿과 접해있던 일면에 템플릿의 포어에 대응하는 나노크기의 폴(pole)이 형성된다.When the PDMS is completely solidified, the alumina template is removed and separated from the synthetic mold 1. The separated synthetic mold 1 is formed with a nano-sized pole corresponding to the pore of the template on one surface in contact with the alumina template.

다음으로, 도 1(d)에 도시된 바와 같이 ITO 기판(2)에 티타니아 용액을 도포하고, 도포된 티타니아 박막 위로 상기 합성몰드(1)를 압착한다. 압착된 상태에서 상기 티타니아 용액이 응고되면 상기 합성몰드(1)에 형성된 각 나노폴에 대응하는 다수의 나노포어가 상기 티타니아 박막에 형성되며, 티타니아 박막이 완전히 응고된 후 상기 합성몰드(1)를 제거하면 도 1(e)에 도시된 바와 같이 다수의 나노포어가 형성된 티타니아 박막(3)을 얻게 된다.Next, a titania solution is applied to the ITO substrate 2 as shown in FIG. 1 (d), and the synthetic mold 1 is pressed onto the applied titania thin film. When the titania solution is solidified in the compressed state, a plurality of nanopores corresponding to each nanopole formed in the synthetic mold 1 are formed in the titania thin film, and after the titania thin film is completely solidified, the synthetic mold 1 is removed. When removed, as shown in FIG. 1 (e), a titania thin film 3 having a plurality of nanopores is obtained.

상술한 바와 같은 종래 기술에 따라 티타니아 박막을 형성하는 경우, 상기 티타니아 박막은 알루미나 템플릿에 형성된 다수의 나노포어의 패턴을 그대로 전사하게 된다. 그러나 상술한 종래 기술에 따른 알루미나 템플릿은 도 2에 도시된 바와 같이 각 나노포어들이 무질서하고 그 크기가 일정하지 않게 형성된다는 문제점이 있다.When the titania thin film is formed according to the related art as described above, the titania thin film transfers the patterns of the plurality of nanopores formed on the alumina template as it is. However, the alumina template according to the prior art described above has a problem in that the nanopores are disordered and their size is not uniformly formed as shown in FIG. 2.

도 2 는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 알루미나 템플릿의 형상이 확대 도시된 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view illustrating an enlarged shape of the alumina template according to the related art shown in FIG. 1.

도 2(a)는 종래 기술의 알루미나 템플릿의 초기 SEM 이미지이고, 도 2(b)는 PMMA 제거 후의 티타니아 박막의 SEM 이미지이고, 도 2(c)는 소결 후의 기판상의 티타니아 박막의 단면의 SEM 이미지이고, 도 2(d)는 소결 후 도 2(c)의 티타니아 박막에 형성된 포어의 직경 보다 작은 크기의 포어가 형성된 티타니아 단면의 SEM 이미지이고, 도 2(e)는 PMMA 제거 후의 티타니아 박막을 보다 큰 스케일로 보았을 때의 SEM 이미지이다. FIG. 2 (a) is an initial SEM image of the alumina template of the prior art, FIG. 2 (b) is an SEM image of the titania thin film after PMMA removal, and FIG. 2 (c) is an SEM image of the cross section of the titania thin film on the substrate after sintering 2 (d) is an SEM image of a titania cross-section in which pores having a size smaller than the pore diameter formed in the titania thin film of FIG. 2 (c) after sintering, and FIG. 2 (e) shows the titania thin film after PMMA removal. SEM image when viewed at large scale.

도 2(a) 내지 도 2(d)에서 알 수 있는 바와 같이 종래 기술에 따른 알루미나 템플릿은 그 일면에 형성된 각 포어의 크기나 모양이 일정하지 않고, 그 깊이가 기판에 수직으로 곧게 형성되지도 않는다. 또한, 도 2(e)에서 알 수 있는 바와 같이 보다 큰 스케일로 보았을 때에는 여러 부분에서 음영이 나타나므로 이를 통해 각 기공의 분포가 균일하지 않음을 알 수 있다.As can be seen in Figures 2 (a) to 2 (d), the alumina template according to the prior art does not have a constant size or shape of each pore formed on one surface thereof, and its depth is not formed perpendicularly to the substrate. Do not. In addition, as can be seen in Figure 2 (e) when viewed at a larger scale because the shadows appear in various parts it can be seen that the distribution of each pore is not uniform through this.

따라서, 이러한 종래 기술에 따른 알루미나 템플릿을 기반으로 PMMA 및 PDMS의 합성몰드를 성형하고 그에 따른 티타니아 박막을 형성하는 경우 티타니아 박막 에 형성된 수많은 나노포어 역시 알루미나 템플릿의 나노포어와 마찬가지로 불균일하게 배열되어 상기 티타니아 박막을 효율적으로 활용할 수 없는 문제점이 있다.Therefore, when forming a synthetic mold of PMMA and PDMS based on the alumina template according to the prior art and forming a titania thin film, numerous nanopores formed on the titania thin film are also arranged unevenly like the nanopores of the alumina template. There is a problem that cannot utilize the thin film efficiently.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 2번의 양극산화 처리를 거친 알루미나 템플릿을 이용하여 치밀하고 균일하게 배열된 나노구조체의 티타니아 박막을 제조할 수 있는 티타니아 박막의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method for producing a titania thin film which can produce a titania thin film of dense and uniformly arranged nanostructures using an alumina template subjected to two anodization treatment. Its purpose is to.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1특징에 따른 티타니아 박막의 제조방법은, 알루미늄 기판을 1차 양극산화처리(anodizing)하여 제 1 다공성 산화피막을 형성하는 단계, 상기 제 1 다공성 산화피막을 제거하는 단계, 및 상기 제 1 다공성 산화피막이 제거된 알루미늄 기판을 2차 양극산화처리하여 제 2 다공성 산화피막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어져 알루미나 템플릿을 준비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a titania thin film, the method comprising: anodizing an aluminum substrate to form a first porous oxide film, wherein the first porous oxide film is formed. And forming a second porous oxide film by performing secondary anodization on the aluminum substrate from which the first porous oxide film is removed, thereby preparing an alumina template.

또한, 본 발명의 제 2 특징에 따른 티타니아 박막의 제조방법은, 상기 제 2 다공성 산화피막이 형성된 알루미나 템플릿을 준비하는 단계, 상기 제 2 다공성 산화피막에 형성된 나노포어를 확장하는 단계, 상기 알루미나 템플릿의 일면에 액상의 PMMA를 도포하여 나노폴 구조의 PMMA 몰드를 성형하는 단계, 상기 PMMA 몰드에 졸-겔 상태의 티타니아 박막을 엠보싱하는 단계 및 엠보싱된 상기 티타니아 박막을 분리하는 단계를 포함하여 이루어져 상기 티타니아 박막에 나노포어가 형성되는 것 을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a titania thin film according to the second aspect of the present invention comprises the steps of preparing an alumina template on which the second porous oxide film is formed, expanding the nanopores formed on the second porous oxide film, the alumina template of Forming a PMMA mold having a nanopole structure by applying a liquid PMMA to one surface, embossing a titania thin film in a sol-gel state to the PMMA mold, and separating the embossed titania thin film. Nanopores are formed on the thin film.

그리고, 본 발명의 제 3 특징에 따른 티타니아 박막의 제조방법은, 상기 제 2 다공성 산화피막이 형성된 알루미나 템플릿을 준비하는 단계, 상기 알루미나 템플릿의 일면에 PMMA 용액을 도포하여 나노포어 구조의 합성 몰드를 성형하는 단계, 상기 합성 몰드의 상기 PMMA 용액이 도포되지 않는 일면을 이용하여 졸-겔 상태의 티타니아 박막을 엠보싱하는 단계 및 엠보싱된 상기 티타니아 박막을 분리하는 단계를 포함하여 이루어져 상기 티타니아 박막에 나노폴 또는 나노파이프가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a titania thin film according to the third aspect of the present invention, preparing the alumina template on which the second porous oxide film is formed, applying a PMMA solution to one surface of the alumina template to form a synthetic mold having a nanopore structure. And embossing the titania thin film in a sol-gel state by using one surface to which the PMMA solution of the synthetic mold is not applied, and separating the embossed titania thin film from the nanopole or the titania thin film. It is characterized in that the nanopipes are formed.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3 은 본 발명에 따른 티타니아 박막을 제조하기 위한 알루미나 템플릿의 제조방법이 도시된 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an alumina template for producing a titania thin film according to the present invention.

단계 S10에서, 알루미늄 기판의 표면에 존재할 수 있는 기름때를 제거하기 위해 아세톤 용액으로 탈지공정을 수행하고 일정 전압조건에서 과염소산과 에탄올의 혼합용액에 탈지된 알루미늄 기판을 넣어 전해연마 공정을 수행하면 매끄러운 표면의 알루미늄 기판을 얻게 된다.In step S10, in order to remove the grease that may exist on the surface of the aluminum substrate, the degreasing process is carried out with an acetone solution, and the electrolytic polishing process is performed by putting the aluminum substrate degreased in a mixed solution of perchloric acid and ethanol under a constant voltage condition. The aluminum substrate of is obtained.

다음 단계 S11에서는 산화처리를 위해 알루미늄 기판을 일정 농도의 옥살산 용액에 넣고 전압을 가한다. 이러한 양극산화처리(anodizing)는 알루미늄 표면에 강한 전압을 걸고 그 힘으로 알루미늄 이온을 끌어내어 산소와 결합시켜 산화알루미늄을 만드는 공정이다.In the next step S11, the aluminum substrate is placed in an oxalic acid solution of a certain concentration and subjected to voltage for oxidation treatment. Anodizing is a process of applying a strong voltage to the aluminum surface and drawing aluminum ions with the force to combine with oxygen to form aluminum oxide.

양극산화처리 공정에 의해 알루미늄 기판 상에 Al2O3의 산화피막이 형성되면, 다음 단계 S12에서 상기 알루미늄 기판에 형성된 산화피막을 제거한다.When an oxide film of Al 2 O 3 is formed on the aluminum substrate by the anodizing process, the oxide film formed on the aluminum substrate is removed in the next step S12.

그리고 단계 S13에서는 산화피막이 제거된 상기 알루미늄 기판에 다시 2차 양극 산화처리를 하여 산화피막을 재형성한다.In step S13, the aluminum substrate from which the oxide film has been removed is subjected to secondary anodization again to re-form the oxide film.

도 4 는 도 3에 도시된 알루미나 템플릿의 제조 방법의 바람직한 일실시예를 구체적으로 도시된 도이다.4 is a view specifically showing a preferred embodiment of the method of manufacturing the alumina template shown in FIG.

먼저 불순물이 섞이지 않은 순수한 알루미늄 기판(11)을 아세톤 용액에 넣어 탈지한 후, 60%의 과염소산(percholric acid)과 85%의 에탄올이 1 대 5로 혼합된 혼합용액에 넣고 3℃에서 약 2분 동안 15V의 전압을 가하여 전해연마(electro-polishing)를 수행하면 상기 알루미늄 기판의 표면이 매끄럽게 된다(도 3의 단계 S10).First, the pure aluminum substrate (11) without impurities is degreased in an acetone solution, and then put into a mixed solution of 60% perchlorric acid and 85% ethanol in a 1 to 5 mixture at about 3 ° C. for about 2 minutes. When electro-polishing is performed by applying a voltage of 15V, the surface of the aluminum substrate is smoothed (step S10 of FIG. 3).

이어서 실온에서 상기 알루미늄 기판(11)을 0.3M의 옥살산 용액에 넣고 알루미늄 기판(11)을 양극에, 옥살산 용액을 음극으로 연결하여 50V의 전압을 약 4시간 동안 가하여 제 1 양극산화처리 공정을 수행하면 도 4(a)에 도시된 바와 같이 전해 시 처음 생성된 산화알루미늄(Al2O3)의 얇은 층인 활성층과 다수의 포어가 형성된 다공층으로 이루어진 제 1 산화피막(10)이 형성된다(도 3의 단계 S11).Subsequently, at room temperature, the aluminum substrate 11 was placed in a 0.3 M oxalic acid solution, and the aluminum substrate 11 was connected to the positive electrode and the oxalic acid solution as the negative electrode. Then, a voltage of 50 V was applied for about 4 hours to perform a first anodizing process. As shown in FIG. 4A, a first oxide film 10 including an active layer, which is a thin layer of aluminum oxide (Al 2 O 3) initially produced during electrolysis, and a porous layer having a plurality of pores is formed (step of FIG. 3). S11).

크롬산(cromic acid) 18g에 인산(phosphoric acid) 51ml가 혼합된 크롬산 용액으로 스트리핑 용액(1L)을 만들고, 상기 제 1 산화피막(10)이 형성된 후, 상기 스트리핑 용액에 약 60℃에서 2시간 동안 상기 알루미늄 기판(11)을 넣어, 도 4(b) 에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 산화피막(10)을 제거한다(도 3의 단계 S12).A stripping solution (1L) is made of a chromic acid solution in which 51 ml of phosphoric acid is mixed with 18 g of chromic acid, and after the first oxide film 10 is formed, the stripping solution is formed at about 60 ° C. for 2 hours. The aluminum substrate 11 is inserted to remove the first oxide film 10 as shown in FIG. 4 (b) (step S12 of FIG. 3).

상기 제 1 산화피막(10)이 제거되면, 다시 상기 알루미늄 기판(11)을 0.3M의 옥살산 용액에 넣고 45V의 전압을 40초 내지 90초 동안 가하여 2차 양극 산화처리를 수행하여 제 2 다공성 산화피막(12)을 형성한다(도 3의 단계 S13).When the first oxide film 10 is removed, the aluminum substrate 11 is placed in 0.3 M of oxalic acid solution, and a second anodic oxidation treatment is performed by applying a voltage of 45 V for 40 seconds to 90 seconds to perform a second anodization. The film 12 is formed (step S13 of FIG. 3).

본 발명자들은, 1차 양극산화처리 후의 제 1 산화피막(10)에 형성되는 각 포어들이 그 크기나 배열상태가 불규칙하고 치밀하지 못하나, 2차 양극산화처리 후의 제 2 산화피막에 형성되는 포어는 도 4(c)에 도시된 바와 같이 일정한 크기의 포어가 균일한 분포상태를 갖게 된다는 것을 알게 되었는바, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.The present inventors believe that the pores formed in the first oxide film 10 after the first anodization are irregular in size and arrangement, but the pores formed in the second oxide film after the second anodization are As shown in Figure 4 (c) it was found that the pore of a constant size has a uniform distribution state, which will be described in detail with reference to FIG.

도 5 는 도 4에 도시된 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어의 형상이 비교 도시된 도로서, 도 5(a)는 1차 양극산화처리 후 생성된 제 1 산화피막, 도 5(b)는 2차 양극산화처리 후 생성된 제 2 산화피막, 도 5(c)는 50초 동안 2차 양극산화처리를 한 후 생성된 제 2 산화피막의 단면, 도 5(d)는 8분 동안 2차 양극산화처리를 한 후 생성된 제 2 산화피막의 단면을 나타내는 SEM 이미지이며, 이들은 모두 후술하는 바와 같은 나노폴 구조의 PMMA 몰드를 성형하기 위하여 대략 1시간 동안의 포어확장 단계를 거친 후의 이미지들이다.FIG. 5 is a view illustrating a comparison of shapes of nanopores formed step by step in FIG. 4. FIG. 5 (a) illustrates a first oxide film formed after a first anodization treatment, and FIG. b) is the second oxide film produced after the secondary anodization, Figure 5 (c) is a cross-section of the second oxide film produced after the secondary anodization for 50 seconds, Figure 5 (d) is 8 minutes SEM image showing the cross-section of the second oxide film formed after the second anodization during the process, and these were all after the pore expansion step for about 1 hour to form the PMMA mold of the nanopole structure as described below. Images.

도 5(a)에서 알 수 있는 바와 같이 1차 양극산화처리 공정에서 형성되는 제 1 산화피막의 포어들은 크기나 배열상태가 일정하지 않으나, 1차 양극산화처리 시 생성된 제 1 산화피막을 제거하고 다시 2차 양극산화처리를 하면 도 5(b)에 도시된 바와 같이 크기나 분포, 배열상태가 일정한 포어들이 형성됨을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 5 (a), the pores of the first oxide film formed in the first anodization process are not constant in size or arrangement, but remove the first oxide film generated during the first anodization. When the second anodization treatment is performed again, as shown in FIG. 5 (b), pores having a constant size, distribution, and arrangement state are formed.

또한, 도 5(c) 및 도 5(d)를 참조하면, 본 발명에 따른 제 2 산화피막의 경우 전체 알루미나 템플릿을 통과하도록 일직선의 포어가 형성됨을 알 수 있고, 대략 8분 동안의 제 2 양극산화처리단계를 거치는 경우에는 각 포어가 보다 높은 가로세로비(aspect ratio)를 갖게 됨을 알 수 있다. 5 (c) and 5 (d), it can be seen that in the case of the second oxide film according to the present invention, a straight pore is formed to pass through the entire alumina template. In the case of anodizing, it can be seen that each pore has a higher aspect ratio.

이러한 현상이 생기는 이유를 간단히 살펴보면, 일반적으로 양극산화처리를 하는 경우에는 알루미늄 기판에 전압을 걸어 기판 내에 있는 알루미늄 이온을 무작위로 표면에 끌어와 산소와 결합시켜 포어를 형성하게 된다. 그러나, 1차 양극산화처리에서 형성된 산화피막이 제거되더라도 1차 양극산화처리 과정에서 다수 알루미늄 이온들이 기판 표면에 정렬하게 된다. 따라서, 본 발명에서와 같은 2차 양극산화처리과정을 거치게 되면, 1차 양극산화처리 과정에서 정렬된 이온이 알루미늄 기판 표면에 배열된 상태에서 산화피막을 형성하기 때문에 정렬된 상태 그대로 나노포어가 생성되는 것으로 이해된다. In brief, the reason for this phenomenon is that in the case of anodizing, a voltage is applied to an aluminum substrate, and aluminum ions in the substrate are randomly attracted to the surface and combined with oxygen to form pores. However, even if the oxide film formed in the first anodization is removed, a large number of aluminum ions are aligned on the surface of the substrate during the first anodization. Therefore, when undergoing the second anodization process as in the present invention, the nanopores are produced in the aligned state because the ions are formed in the state in which the aligned ions are arranged on the surface of the aluminum substrate during the first anodization process. It is understood.

이 경우 일반적으로 2차 양극산화처리 후 생성되는 포어들의 크기는 양극산화처리 조건 및 뒤이은 포어확장(pore-widening) 공정의 조건에 따라 다르게 된다. 포어의 피치 및 깊이는 양극산화과정 중 인가되는 전압의 크기 및 양극산화 처리시간에 비례하며, 포어의 반지름은 실온에서의 포어확장 처리의 시간을 변경함으로써 조절될 수 있다. 또한, 일반적으로 2차 양극산화처리에 걸리는 시간은 1차 양극산화처리에 걸리는 시간보다 짧게 할 수 있다. In this case, the size of the pores generated after the secondary anodization generally depends on the anodization conditions and the conditions of the subsequent pore-widening process. The pitch and depth of the pore is proportional to the magnitude of the voltage applied during the anodization process and the anodization time, and the radius of the pore can be adjusted by changing the time of the pore expansion process at room temperature. In general, the time taken for the secondary anodization can be shorter than the time taken for the primary anodization.

한편, 상술한 바와 같이 형성되는 알루미나 템플릿을 사용하여 나노크기의 포어가 형성된 티타니아 박막을 제조할 수 있다. 도 6 은 본 발명의 바람직한 일실 시예에 따라 나노포어가 형성된 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 순서도이다.On the other hand, using the alumina template formed as described above it can be produced a titania thin film having a nano-sized pore is formed. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a titania thin film in which nanopores are formed according to an exemplary embodiment of the present invention.

단계 S100에서 상술한 바와 같이 알루미늄 기판에 1차 및 2차 양극산화처리를 하여 균일하게 정렬된 나노포어가 형성된 제 2 다공성 산화피막을 포함하는 알루미나 템플릿을 준비한다.As described above in step S100, the aluminum substrate is prepared with an alumina template including a second porous oxide film on which nanopores are uniformly aligned by primary and secondary anodization.

단계 S110에서는 상기 알루미나 템플릿을 소정 용액에 디핑(dipping)하여 상기 제 2 다공성 산화피막에 형성된 각 포어의 직경을 넓게 확장시킨다.In step S110, the alumina template is dipped in a predetermined solution to widen the diameter of each pore formed in the second porous oxide film.

단계 S120에서 나노포어를 형성하기 위한 나노폴 구조의 PMMA 몰드를 성형하기 위하여 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate) 용액을 상기 템플릿의 상면에 일정두께로 도포한다. 상기 PMMA 용액이 도포된 알루미나 템플릿에 소정의 온도로 열 처리를 행하여 도포된 PMMA가 상기 알루미나 템플릿의 각 포어에 스며들어 채워지도록 한다. 각 포어를 완전히 채운 후 상기 PMMA가 응고되면 상기 알루미늄 기판 및 산화피막을 제거하여 일면이 나노폴 구조로 성형된 PMMA 몰드를 성형시킨다.In step S120, in order to form a PMMA mold having a nanopole structure for forming nanopores, a polymethyl meta acrylate (PMMA) solution is applied to the upper surface of the template to a predetermined thickness. The PMMA solution is subjected to heat treatment at a predetermined temperature on the alumina template to which the PMMA solution is applied so that the applied PMMA is permeated into each pore of the alumina template. After the pores are completely filled, when the PMMA solidifies, the aluminum substrate and the oxide film are removed to form a PMMA mold having one surface formed of a nanopole structure.

단계 S130에서는 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 ITO 기판 상에 스핀코팅하여 티타니아 박막을 형성하고, 단계 S140에서 스핀코팅된 상기 티타니아 박막이 마르기 전 상기 성형된 PMMA 몰드의 나노폴이 티타니아 박막과 마주보도록 배치하여 압착하여 상기 티타니아 박막을 엠보싱한다.In step S130, a titania solution in a sol-gel state is spin-coated on an ITO substrate to form a titania thin film, and the nanopoles of the molded PMMA mold face the titania thin film before the spin coated titania thin film dries in step S140. Placed and pressed to emboss the titania thin film.

단계 S150에서 엠보싱된 티타니아 박막을 건조 및 소결(calcinate)시키고, 단계 S160에서 티타니아 박막에 압착된 PMMA 몰드를 제거하면 정렬된 나노포어가 형성된 티타니아 박막을 얻게 된다.The titania thin film embossed in step S150 is dried and calcined, and the PMMA mold compressed on the titania thin film is removed in step S160 to obtain a titania thin film in which aligned nanopores are formed.

도 7 은 도 6 에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예를 구체적으로 도시된 도이다.FIG. 7 is a view specifically showing a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG. 6.

우선, 상술한 바와 같이 불순물이 섞이지 않은 알루미늄 기판(11)에 탈지 및 전해 연마공정을 수행한 후 0.3M 옥살산 용액에 상기 알루니늄 기판(11)을 넣고 일정전압을 가하는 1차 및 2차 양극산화처리를 하면, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 균일하게 분포된 다수의 나노포어를 포함하는 제 2 다공성 산화피막(12)이 알루미늄 기판(11)상에 형성된 알루미나 템플릿이 준비된다.First, as described above, after performing a degreasing and electropolishing process on the aluminum substrate 11 having no impurities mixed therein, the primary and secondary anodes are placed with 0.3 M oxalic acid solution and subjected to a constant voltage. When the oxidation treatment is performed, an alumina template is prepared in which a second porous oxide film 12 including a plurality of nanopores uniformly distributed on the aluminum substrate 11 is prepared as shown in FIG.

이어서 0.5M의 인산용액에 상기 알루미나 템플릿의 제 2 다공성 산화피막(12)을 50분 내지 90분 동안 디핑하면 도 7(b)에 도시된 바와 같이 상기 산화피막(10)의 다공층에 형성된 각 포어의 직경이 넓게 확장된다.Subsequently, when the second porous oxide film 12 of the alumina template is dipped in 0.5 M phosphoric acid solution for 50 to 90 minutes, the respective layers formed in the porous layer of the oxide film 10 as shown in FIG. The pore diameter widens.

PMMA 몰드를 성형하기 위하여 350kg/mol의 몰질량을 갖는 PMMA를 클로로벤젠에 용해시켜 PMMA 용액을 준비하여, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 확장된 포어를 갖는 상기 제 2 다공성 산화피막(12)의 상면에 일정두께로 도포하고 약 150℃로 열을 가해 상기 PMMA 용액(20)이 상기 제 2 다공성 산화피막(12) 상면에 형성된 나노포어에 완전히 채워지도록 한다.In order to mold the PMMA mold, PMMA having a molar mass of 350 kg / mol was dissolved in chlorobenzene to prepare a PMMA solution, and the second porous oxide film 12 having the expanded pores as shown in FIG. The upper surface of the) is applied to a predetermined thickness and heated to about 150 ℃ so that the PMMA solution 20 is completely filled in the nanopores formed on the upper surface of the second porous oxide film 12.

상기 제 2 다공성 산화피막(12) 상면에 도포된 PMMA(20)가 고형화하면 4중량%의 염화철(FeCl3)과 5M 염산(HCl)의 혼합용액에 넣는 습식 식각(wet-etching) 공정을 거쳐, 도 7(d)에 도시된 바와 같이, 상기 알루미나 템플릿(11, 12)을 제거한다. When the PMMA 20 coated on the upper surface of the second porous oxide film 12 is solidified, it is subjected to a wet etching process in which 4 wt% iron chloride (FeCl 3 ) and 5M hydrochloric acid (HCl) are mixed. As shown in FIG. 7 (d), the alumina templates 11 and 12 are removed.

상기 알루미나 템플릿(11, 12)의 잔류물이 10중량%의 수산화나트륨(NaOH) 세 정 용액에 의해 제거되면, 도 7(e)에 도시된 바와 같이 나노폴이 형성된 PMMA 몰드(20)만 남게 된다. When the residues of the alumina templates 11 and 12 are removed by a 10% by weight sodium hydroxide (NaOH) cleaning solution, only the PMMA mold 20 in which the nanopoles are formed remains as shown in FIG. do.

한편, 티타니아(IV) 에톡사이드(Ti(OC2H5)4) 1.5g, 38%의 염산 3g 및 2-프로판올 10g을 혼합하여 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 준비한다. ITO 기판(35) 상에 상기 티타니아 용액을 스핀코팅하여 티타니아 박막(30)을 형성한다. 다음에, 도 7(f)에 도시된 바와 같이 스핀코팅된 티타니아 박막(30)이 건조되기 전 상기 PMMA 몰드(20)의 나노폴이 티타니아 박막(30)과 마주보도록 배치하여 압착하여 티타니아 박막(30)을 엠보싱시킨다.Meanwhile, 1.5 g of titania (IV) ethoxide (Ti (OC 2 H 5 ) 4 ), 3 g of 38% hydrochloric acid, and 10 g of 2-propanol were mixed to prepare a titania solution in a sol-gel state. The titania solution is spin coated on the ITO substrate 35 to form a titania thin film 30. Next, as shown in FIG. 7 (f), before the spin-coated titania thin film 30 is dried, the nanopoles of the PMMA mold 20 are disposed to face the titania thin film 30 to be compressed, thereby compressing the titania thin film ( Emboss 30).

엠보싱된 티타니아 박막(30)을 100℃의 건식 오븐에서 2시간 동안 건조 및 소결시키고 아세토니트릴 용액을 사용하여 PMMA 몰드(20)를 제거하면 도 7(g)에 도시된 바와 같이 나노포어가 형성된 티타니아 박막(30)을 얻게 된다.The embossed titania thin film 30 was dried and sintered in a dry oven at 100 ° C. for 2 hours and the PMMA mold 20 was removed using an acetonitrile solution to form nanopore formed titania as shown in FIG. 7 (g). The thin film 30 is obtained.

도 8 은 도 7 에 도시된 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어 또는 나노폴의 형상이 확대 도시된 도면으로서, 도 8(a)는 나노폴이 형성된 PMMA 몰드의 평면도, 도 8(b)는 본 발명에 따라 나노포어가 형성된 티타니아 박막의 평면도, 도 8(c)는 도 8(b)의 티타니아 박막의 사시도이며, 도 8(d)는 도 8(b)의 티타니아 박막을 보다 큰 스케일로 나타낸 평면도의 SEM 이미지를 도시한다. 8 is an enlarged view of the shape of the nanopores or nanopoles formed step by step in the embodiment shown in FIG. 7, FIG. 8 (a) is a plan view of a PMMA mold having nanopoles formed thereon, and FIG. ) Is a plan view of a titania thin film formed with nanopores according to the present invention, Figure 8 (c) is a perspective view of the titania thin film of Figure 8 (b), Figure 8 (d) is larger than the titania thin film of Figure 8 (b) An SEM image of the plan view shown in scale is shown.

도 8(a)에서 알 수 있듯이 PMMA 나노폴들의 집합이 분명하게 드러났으며, 이 경우 나노폴들의 높은 가로세로비는 습식 공정 시에 달성될 수 있다. 또한, 도 8(b) 내지 도 8(d)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 나노폴이 형성된 PMMA 몰드는 조밀하고 균일하게 분포된 나노포어를 갖는 알루미나 템플릿의 패턴을 그대로 따르고 있고, 티타니아 박막에 형성된 나노포어도 역시 조밀하고 균일하게 정렬된 구조를 얻을 수 있었다. 또한, 상기 PMMA 몰드에 형성된 나노폴의 높이는 알루미나 템플릿에 형성된 각 나노포어의 깊이에 의존하는데 이에 대해서는 도 9를 참조하여 이하에서 설명한다. As can be seen in FIG. 8 (a), the set of PMMA nanopoles is clearly revealed, in which case the high aspect ratio of the nanopoles can be achieved in a wet process. In addition, as can be seen in Figures 8 (b) to 8 (d), the PMMA mold formed with nanopoles according to the present invention follows the pattern of the alumina template with the nanopores densely and uniformly distributed, The nanopores formed in the titania thin film were also able to obtain a dense and uniformly aligned structure. In addition, the height of the nanopoles formed in the PMMA mold depends on the depth of each nanopore formed in the alumina template, which will be described below with reference to FIG. 9.

도 9 는 도 7 에 도시된 일실시예에 있어서 알루미나 템플릿에 형성된 나노포어의 깊이에 따른 PMMA 몰드의 형상이 비교 도시된 도면으로서, 도 9(a)는 대략 1분의 2차 양극산화처리 후 대략 50분의 포어 확장단계를 거친 알루미나 템플릿의 단면을 도시하는 SEM 이미지, 도 9(b)는 도 9(a)의 알루미나 템플릿으로부터 성형되는 PMMA 몰드의 평면도를 나타내는 SEM 이미지이고, 도 9(c)는 대략 50초의 2차 양극산화처리 후 대략 50분의 포어 확장단계를 거친 알루미나 템플릿의 단면을 도시하는 SEM 이미지, 도 9(d)는 도 9(c)의 알루미나 템플릿으로부터 성형되는 PMMA 몰드의 평면도는 나타내는 SEM 이미지이며, 도 9(e)는 대략 40초의 2차 양극산화처리 후 대략 50분의 포어 확장단계를 거친 알루미나 템플릿의 단면을 도시하는 SEM 이미지, 도 9(f)는 도 9(e)의 알루미나 템플릿으로부터 성형되는 PMMM 몰드의 평면도를 나타내는 SEM 이미지이다.FIG. 9 is a view illustrating a comparison of the shape of the PMMA mold according to the depth of the nanopores formed in the alumina template in FIG. 7, and FIG. 9 (a) shows approximately one minute of secondary anodization. SEM image showing a cross section of the alumina template undergoing a pore expansion step of approximately 50 minutes, FIG. 9 (b) is a SEM image showing a plan view of a PMMA mold formed from the alumina template of FIG. 9 (a), and FIG. ) Is a SEM image showing a cross section of the alumina template after approximately 50 seconds of secondary anodization followed by a pore expansion step of approximately 50 minutes, and FIG. 9 (d) shows a PMMA mold formed from the alumina template of FIG. 9 (c). The plan view is a SEM image showing, and FIG. 9 (e) is a SEM image showing a cross section of the alumina template which has undergone a pore expansion step of approximately 50 minutes after a second anodization treatment of approximately 40 seconds, and FIG. e) alumina template From a SEM image showing a plan view of a mold that is molded PMMM.

도 9(a)에 도시된 바와 같이 대략 1분의 2차 양극산화처리를 한 알루미나 템플릿의 경우 2차 다공성 산화피막은 약 320.72nm의 깊이를 갖게 된다. 이러한 알루미나 템플릿으로부터 PMMA 몰드를 성형하면 도 9(b)에 도시된 바와 같이 대부분의 나노폴의 끝단이 서로 엉겨붙어 티타니아 박막에 나노포어를 제대로 형성할 수 없 게 된다.As shown in FIG. 9 (a), the secondary porous oxide film has a depth of about 320.72 nm in the case of the alumina template subjected to approximately one-second secondary anodization. When the PMMA mold is molded from the alumina template, the ends of most nanopoles are entangled with each other, as shown in FIG. 9 (b), so that nanopores cannot be properly formed on the titania thin film.

또한 도 9(c)에 도시된 바와 같이 50초의 2차 양극산화처리를 한 알루미나 템플릿의 경우 2차 다공성 산화피막은 약 270nm의 깊이를 갖게 되나, 이 경우에도 도 9(d)에 도시된 바와 같이 도 9(b)의 경우보다는 적은 수이지만 여전히 PMMA 몰드의 나노폴이 서로 엉겨붙는 현상이 관찰되었다.In addition, in the case of the alumina template subjected to 50 seconds of secondary anodization as shown in FIG. 9 (c), the secondary porous oxide film has a depth of about 270 nm, but in this case, as shown in FIG. As shown in FIG. 9 (b), the number of nanopoles in the PMMA mold was still entangled with each other.

그러나, 도 9(e)에 도시된 바와 같이 대략 40초의 2차 양극산화처리를 한 알루미나 템플릿은 약 230nm의 깊이를 갖는 2차 다공성 산화피막을 갖게 되고, 이로부터 성형된 PMMA 몰드는 도 9(f)에 도시된 바와 같이 소수의 나노폴을 제외하고 대부분의 나노폴이 서로 엉겨붙지 않고 곧게 세워진다. 따라서, 나노포어를 갖는 티타니아 박막을 형성하는 데 있어 PMMA 몰드는 대략 40초의 2차 양극산화처리를 한 알루미나 템플릿으로부터 성형하는 것이 바람직하다.However, as shown in FIG. 9 (e), the alumina template subjected to secondary anodization of about 40 seconds has a secondary porous oxide film having a depth of about 230 nm, and the PMMA mold formed therefrom is shown in FIG. As shown in f), with the exception of a few nanopoles, most of the nanopoles are erected straight without intertwining with each other. Therefore, in forming a titania thin film having nanopores, it is preferable that the PMMA mold be molded from an alumina template subjected to secondary anodization of approximately 40 seconds.

본 발명에 있어서 PMMA 중합체는, 밀집되고 잘 정의된 나노 구조체를 왜곡없이 그대로 복제하고 형성할 수 있도록 다른 유기물에 비해 월등히 높은 강도를 가지는 것 등의 이유로, 나노다공성 알루미나 템플릿을 그대로 복제하는 데 사용되고 있다. 또한, PMMA 중합체는 넓은 pH범위 내에서 화학적으로 안정하므로 알루미늄과 알루미나를 습식 식각하는 경우라도 그 구조가 변형되지 않고 일정하게 유지될 수 있다는 장점이 있다. 특히, 상기 PMMA 중합체는 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 만드는 데 필요한 2-프로판올과 같은 알코올 계열 용액에는 용해되지 않지만 일부 유기용매에는 선택적으로 용해되므로, 나중에 나노다공성 티타니아 박막을 손상시키지 않고 PMMA 몰드를 제거할 수 있는 장점이 있다.In the present invention, PMMA polymers are used to replicate nanoporous alumina templates intact, for example, to have a significantly higher strength than other organic materials so that dense and well-defined nanostructures can be replicated and formed without distortion. . In addition, since the PMMA polymer is chemically stable within a wide pH range, even when wet etching aluminum and alumina, its structure can be maintained without being deformed. In particular, the PMMA polymer does not dissolve in alcohol-based solutions such as 2-propanol, which is required to make a sol-gel titania solution, but selectively dissolves in some organic solvents, so that the PMMA mold is later removed without damaging the nanoporous titania thin film. There is an advantage that can be removed.

한편, 티타니아 박막은 졸-겔 상태에서 스핀코팅되는데, 스핀코팅된 티타니아 박막은 알루미나 템플릿을 이용한 나노임프린팅 리소그라피 기술에 의해 균일하게 패턴화될 수 있다. 따라서, 상기 PMMA 몰드를 아세토니트릴로 4시간 동안 제거하면 도 8(b)에 도시된 바와 같은 균일한 나노다공성 티타니아 박막을 얻을 수 있으며 상기 템플릿에 형성된 패턴이 티타니아 박막의 구조에서 그대로 보존되고 있음을 알 수 있다. 이 경우 도 8(b) 및 도 8(c)에 도시된 바와 같이 티타니아 박막에 형성된 각 포어의 직경과 포어간 거리는 80nm 및 50nm로 형성되었으며, 그 깊이는 130nm까지 확장되었다. 도 8(d)를 참조하면 본 발명에 따른 티타니아 박막에 형성된 나노포어들이 매우 균일하게 잘 정렬되어 있음을 알 수 있다. Meanwhile, the titania thin film is spin coated in a sol-gel state, and the spin coated titania thin film may be uniformly patterned by nanoimprinting lithography technology using an alumina template. Therefore, if the PMMA mold is removed with acetonitrile for 4 hours, a uniform nanoporous titania thin film as shown in FIG. 8 (b) can be obtained, and the pattern formed on the template is preserved as it is in the structure of the titania thin film. Able to know. In this case, as shown in FIGS. 8B and 8C, the diameters and the pore distances of the pores formed in the titania thin films were formed at 80 nm and 50 nm, and the depths thereof were extended to 130 nm. Referring to Figure 8 (d) it can be seen that the nanopores formed on the titania thin film according to the present invention are very uniformly aligned.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상술한 바와 같이 1차 및 2차 양극산화처리과정을 거친 알루미나 템플릿을 사용하여 티타니아 박막에 균일한 나노폴 또는 나노파이프가 형성될 수도 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, uniform nanopoles or nanopipes may be formed on the titania thin film using the alumina template subjected to the first and second anodization processes as described above.

도 10은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 나노폴 또는 나노파이프가 형성된 티타니아 박막의 제조방법이 도시된 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a titania thin film in which nanopoles or nanopipes are formed according to an exemplary embodiment of the present invention.

우선, 단계 S200에서 상술한 바와 같은 1차 및 2차 양극산화처리 방법으로 형성된 제 2 다공성 산화피막이 형성된 알루미나 템플릿을 준비한다. 단계 S210에서 상기 알루미나 템플릿의 제 2 다공성 산화피막 위에 PMMA 용액을 소정의 두께로, 예를 들어 스핀 코팅 방법을 사용하여 도포한다. 상기 제 2다공성 산화피막 상에 도포되는 PMMA 막은 상기 제 2다공성 산화피막을 지지하기 위한 배킹 레이 어(backing layer)의 기능을 수행하게 되며, 상기 제 2 다공성 산화피막과 함께 합성 몰드를 형성하게 된다. 따라서, 상기 PMMA 막을 형성하는 경우 도포된 PMMA의 일부가 상기 제 2다공성 산화피막의 나노포어 내로 스며들지 않도록 하여야 한다. 그 후, 단계 S220에서 상기 알루미나 템플릿의 활성층인 알루미늄 기판을 제거하고 나면, 제 2 다공성 산화피막 상에 남아 있는 나노포어가 제 2 다공성 산화피막의 상하면을 거의 관통하는 다수의 홀의 형태(상기 제 2 다공성 산화피막에는 양극산화에 의한 얇은 배리어층이 남아 있음)로 존재하게 되는 나노포어 구조의 합성 몰드를 얻게 된다. First, an alumina template having a second porous oxide film formed by the first and second anodizing methods as described above in step S200 is prepared. In step S210, the PMMA solution is applied on the second porous oxide film of the alumina template to a predetermined thickness, for example, using a spin coating method. The PMMA film coated on the second porous oxide film performs a function of a backing layer for supporting the second porous oxide film, and forms a composite mold together with the second porous oxide film. . Therefore, when forming the PMMA film, a part of the applied PMMA should not be penetrated into the nanopores of the second porous oxide film. Then, after removing the aluminum substrate which is the active layer of the alumina template in step S220, the shape of the plurality of holes that the nanopores remaining on the second porous oxide film almost passes through the upper and lower surfaces of the second porous oxide film (the second The porous oxide film is left with a thin barrier layer by anodization.

다음 단계 S230에서는 상기 합성 몰드의 제 2 다공성 산화피막에 형성된 나노포어의 직경을 넓게 확장시킨다. In the next step S230 to widen the diameter of the nanopores formed in the second porous oxide film of the synthetic mold.

단계 S240에서는 ITO 기판에 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 스핀코팅하고, 단계 S250에서 상기 ITO 기판과 나노포어가 형성된 합성 몰드의 일면을 서로 마주보도록 배치하고, 그 사이에서 상기 스핀코팅된 티타니아 용액이 응고되기 전, 상기 합성 몰드를 상기 ITO 기판에 압착시킴으로써 나노포어 구조의 합성 몰드에 따라 티타니아 박막을 엠보싱시킨다. 이 경우 상기 합성 몰드 상의 압력에 의해 ITO 기판 상에 스핀 코팅된 티타니아 용액이 상기 2차 다공성 산화피막에 형성된 나노포어 내부로 흘러 들어가게 된다.In step S240, spin coating a titania solution in a sol-gel state on an ITO substrate, and in step S250, one surface of the synthetic mold on which the ITO substrate and the nanopores are formed are disposed to face each other, and the spin coated titania solution is disposed therebetween. Before solidifying, the titania thin film is embossed according to the nanoporous structured synthetic mold by pressing the composite mold onto the ITO substrate. In this case, the titania solution spin-coated on the ITO substrate by the pressure on the synthetic mold flows into the nanopores formed in the secondary porous oxide film.

단계 S260에서는 엠보싱된 상기 템플릿 및 기판을 건조 후 소결시키고, 단계 S270에서는 결합된 PMMA 막과 제 2차 다공성 산화피막을 차례로 제거하여 나노폴 또는 나노파이프가 형성된 티타니아 박막을 얻을 수 있게 된다.In step S260, the embossed template and the substrate are dried and sintered, and in step S270, the combined PMMA film and the second porous oxide film are sequentially removed to obtain a titania thin film in which nanopoles or nanopipes are formed.

도 11 은 도 10에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예가 구체적으로 도시된 도이다.FIG. 11 is a view illustrating a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG. 10 in detail.

우선 상술한 바와 같이 불순물이 섞이지 않은 알루미늄 기판(11)에 탈지 및 전해 연마공정을 수행한 후 0.3M 옥살산 용액에 상기 알루미늄 기판(11)을 넣고 일정전압을 가하는 1차 및 2차 양극산화처리를 하면, 도 11(a)에 도시된 바와 같이 균일하게 분포된 다수의 나노포어를 포함하는 제 2 다공성 산화피막(12)이 알루미늄 기판(11)상에 형성된 알루미나 템플릿이 준비된다. 이때 상기 제 2 다공성 산화피막(12)에 형성되는 각 나노포어의 직경과 피치는 각각 40nm 및 110nm이었다.First, as described above, degreasing and electropolishing processes are performed on the aluminum substrate 11 having no impurities mixed therein, and then the first and second anodization treatments are performed by placing the aluminum substrate 11 in a 0.3 M oxalic acid solution and applying a constant voltage. As shown in FIG. 11A, an alumina template having a second porous oxide film 12 including a plurality of nanopores uniformly distributed on the aluminum substrate 11 is prepared. In this case, the diameters and pitches of the nanopores formed on the second porous oxide film 12 were 40 nm and 110 nm, respectively.

다음에 도 11(b)에 도시된 바와 같이 PMMA 용액(20)을 준비하여 상기 제 2 다공성 산화피막(12) 상에 스핀코팅하고 약 100℃의 열을 가하여 고형화시킨 후, 포화된 염화철(FeCl3) 용액에 침지시키고 상기 알루미늄 층(11)을 용해시켜 제거함으로써 도 11(c)에 도시된 바와 같이 상기 제 2 다공성 산화피막(12)과 PMMA 막(20)으로 이루어진 합성 몰드를 성형한다. 그 후, 상기 합성 몰드를 0.5M의 인산 용액에 약 90분간 디핑(dipping)하여 상기 합성 몰드 상의 잔류물(제 2 다공성 산화피막 상에 남아 있는 배리어층 포함)을 제거함과 동시에 상기 제 2 다공성 산화피막(12)에 형성된 각 나노포어의 직경을 넓게 확장한다.Next, as shown in FIG. 11 (b), the PMMA solution 20 is prepared, spin-coated on the second porous oxide film 12, and solidified by heating at about 100 ° C., followed by saturated iron chloride (FeCl). 3 ) A synthetic mold consisting of the second porous oxide film 12 and the PMMA film 20 is formed by immersing in a solution and dissolving and removing the aluminum layer 11 as shown in FIG. Thereafter, the synthetic mold was dipped in a 0.5 M phosphoric acid solution for about 90 minutes to remove residue on the synthetic mold (including the barrier layer remaining on the second porous oxide film) and at the same time the second porous oxide. The diameter of each nanopore formed in the film 12 is widened.

한편, 티타니아(IV) 에톡사이드(Ti(OC2H5)4) 1.8g, 38%의 염산 0.3g 및 2-프로판올 8g을 혼합하여 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 준비한다. ITO 기판(35) 상에 상기 티타니아 용액을 스핀코팅하여 티타니아 박막(30)을 형성한다. 다음에, 도 11(d)에 도시된 바와 같이 스핀코팅된 티타니아 박막(30)이 건조되기 전 상기 제 2 다공성 산화피막(12) 상에 형성되어 있는 나노포어가 티타니아 박막(30)과 마주보도록 상기 합성 몰드를 배치하고 압착하여 티타니아 박막(30)을 엠보싱시킨다.Meanwhile, 1.8 g of titania (IV) ethoxide (Ti (OC 2 H 5) 4), 0.3 g of 38% hydrochloric acid, and 8 g of 2-propanol were mixed to prepare a titania solution in a sol-gel state. The titania solution is spin coated on the ITO substrate 35 to form a titania thin film 30. Next, as shown in FIG. 11D, before the spin-coated titania thin film 30 is dried, the nanopores formed on the second porous oxide film 12 face the titania thin film 30. The composite mold is placed and pressed to emboss the titania thin film 30.

엠보싱된 티타니아 박막(30)을 100℃의 건식 오븐에서 3시간 동안 건조 및 소결시키고 아세토니트릴 및 상기 스트리핑 용액을 사용하여 PMMA 막(20) 및 제 2 다공성 산화피막(12)를 제거하면 도 11(f)에 도시된 바와 같이 나노폴이 형성된 티타니아 박막(30)을 얻게 된다.The embossed titania thin film 30 was dried and sintered in a dry oven at 100 ° C. for 3 hours and the PMMA film 20 and the second porous oxide film 12 were removed using acetonitrile and the stripping solution. As shown in f), a titania thin film 30 in which nanopoles are formed is obtained.

이때, 상기 티타니아 박막의 표면적을 보다 더 넒히기 위하여 나노폴 형상 대신 중공이 구비되는 나노 파이프 형상을 형성하고자 하는 경우에는 상기 티타니아(IV) 에톡사이드(Ti(OC2H5)4)가 1g 사용되는 점을 제외하고는 나노폴의 경우와 동일하다.In this case, in order to form a nanopipe shape having a hollow instead of a nanopole shape in order to further reduce the surface area of the titania thin film, 1 g of the titania (IV) ethoxide (Ti (OC2H5) 4) is used. Same as in the case of nanopole.

도 12 는 도 11에 도시된 일실시예에 도시된 티타니아 박막의 제조방법의 바람직한 일실시예에 있어서 단계별로 형성되는 나노포어 또는 나노폴의 형상이 확대 도시된 도이다. 도 12(a)는 나노포어가 형성된 알루미나 템플릿의 평면도, 도 12(b)는 도 12(a)의 알루미나 템플릿을 이용하여 성형된 합성 몰드 상의 나노포어를 확장시킨 경우의 평면도, 도 12(c) 및 도 12(d)는 본 발명에 따라 나노폴이 형성된 티타니아 박막의 평면도 및 단면도를 도시하는 SEM 이미지이고, 도 12(e) 및 도 12(f)는 본 발명에 따라 나노파이프가 형성된 티타니아 박막의 평면도 및 단면도를 도시하는 SEM 이미지이다. FIG. 12 is an enlarged view of the shape of nanopores or nanopoles formed step by step in a preferred embodiment of the method for manufacturing a titania thin film shown in FIG. 11. 12 (a) is a plan view of the alumina template is formed nano-pores, Figure 12 (b) is a plan view when the nano-pores on the synthetic mold formed by using the alumina template of Figure 12 (a), Figure 12 (c And (d) are SEM images showing a plan view and a cross-sectional view of a titania thin film formed with nanopoles according to the present invention, and FIGS. 12 (e) and 12 (f) are titania formed with nanopipes according to the present invention. It is an SEM image which shows the top view and sectional drawing of a thin film.

도 12(a) 및 도 12(b)를 비교 참조하면, 본 실시예에서 나노포어가 확장되기 전의 제 2 다공성 산화피막 상의 포어들의 지름과 피치는 각각 40 및 110nm 였으며, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 대략 90분간 포어확장 처리를 행하게 되면 도 5(b)와 유사하게 결점없이 균일한 간격으로 잘 정렬된 포어가 형성됨을 알 수 있다. 또한, 도 12(c)에서 알 수 있듯이, 본 실시예에 따르면, 티타니아 박막 상의 대략 70 내지 180nm의 지름 및 높이를 갖는 나노폴 모두가 서로 평행하게 일직선상으로 형성되었다. 도 12(c)에는 전체적으로 몇몇 결점들이 관찰되나, 이는 알루미나 템플릿 상의 나노포어의 결점 및 졸-겔 용액의 불규칙한 스핀코팅의 양에 기인한 것으로 추측된다. 또한 도 12(d)을 참조하면 본 발명에 따라 티타니아 박막 상에 형성된 나노폴들은 서로 거의 평행하게 일직선상으로 형성됨을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 나노폴은 높은 가로세로비를 갖고 있어 전자를 보다 효율적으로 다량 방출할 수 있는 구조를 가짐을 알 수 있다.12 (a) and 12 (b), the diameters and pitches of the pores on the second porous oxide film before the nanopores were expanded in this embodiment were 40 and 110 nm, respectively, and in FIG. 12 (b). As shown, when the pore expansion treatment is performed for approximately 90 minutes, it can be seen that similarly to FIG. 5 (b), pores are well aligned at uniform intervals without defects. In addition, as can be seen in Figure 12 (c), according to this embodiment, all of the nanopoles having a diameter and height of approximately 70 to 180nm on the titania thin film were formed in a straight line in parallel with each other. In Figure 12 (c) some defects are observed throughout, but this is presumed to be due to the defects of nanopores on the alumina template and the amount of irregular spin coating of the sol-gel solution. In addition, referring to Figure 12 (d) it can be seen that the nanopoles formed on the titania thin film is formed in a straight line substantially parallel to each other according to the present invention. In addition, it can be seen that the nanopole according to the present invention has a high aspect ratio and has a structure capable of emitting a large amount of electrons more efficiently.

또한, 본 발명에 따라 티타니아 박막에 형성될 수 있는 나노파이프는 티타니아의 양을 조절함으로써 생성될 수 있다. 즉, 티타니아 용액에 티타니아 입자가 나노폴을 형성할 수 있을 만큼의 양만큼 함유되어 있지 않은 경우, 이를 소결하게 되면 티타니아 입자들이 알루미나 템플릿의 벽면들을 따라 둘러붙어있게 되므로 이후 템플릿을 제거하면 최종적인 티타니아 박막은 가운데에 중공이 형성된 나노파이프의 모양을 형성하게 된다. 도 12(e) 및 도 12(f)는 티타니아(IV) 에톡사이드(Ti(OC2H5)4)가 1.8g 대신 1g이 사용된 경우의 티타니아 박막의 평면도 및 단면도로서, 이를 참조하면 나노파이프의 외경, 내경 및 높이는 110nm, 30nm 및 200nm의 크기로 형성될 수 있음을 알 수 있다. In addition, the nanopipes that can be formed in the titania thin film according to the present invention can be produced by controlling the amount of titania. In other words, if the titania solution does not contain enough titania particles to form nanopoles, the sintering will cause the titania particles to stick around the walls of the alumina template. The thin film forms the shape of a nanopipe having a hollow in the center thereof. 12 (e) and 12 (f) are plan and cross-sectional views of the titania thin film when 1 g of titania (IV) ethoxide (Ti (OC2H5) 4) is used instead of 1.8 g, and referring to the outer diameter of the nanopipe It can be seen that the inner diameter and the height can be formed in sizes of 110 nm, 30 nm and 200 nm.

도 13 은 베어(bare) ITO 기판 및 본 발명에 따른 ITO 기판상에 형성된 티타니아 박막의 XRD 패턴이 도시된 그래프로서, 도 13(a)는 베어 ITO 기판의 XRD 패턴, 도 13(b) 내지 도 13(d)는 티타니아 박막이 형성된 ITO 기판을 약 30분 동안 150℃, 400℃ 및 500℃로 열처리한 경우의 XRD 패턴을 각각 도시하고 있다. FIG. 13 is a graph showing an XRD pattern of a bare ITO substrate and a titania thin film formed on an ITO substrate according to the present invention, and FIG. 13 (a) shows an XRD pattern of a bare ITO substrate, and FIGS. 13 (b) to FIG. 13 (d) shows the XRD patterns when the ITO substrate on which the titania thin film is formed is heat-treated at 150 ° C., 400 ° C. and 500 ° C. for about 30 minutes, respectively.

도 13으로부터 베어 ITO 피크(도 13(a))로부터 구별되는 티타니아의 101 아나타제(101, anatase) 결정 평면의 피크가 명확히 관찰됨을 알 수 있다. 일반적으로 박막 티타니아 피크는 약 400℃로 소결되는 경우에 관찰될 수 있으나, 본 실시예의 경우에는 어떠한 피크도 관찰되지 않았다(도 13(c) 참조). 그러나, 500℃로 가열했을 때 ITO 기판의 XRD 패턴은 아나타제 결정상을 나타내는 회절피크가 나타나는 것을 알 수 있다(도 13(d) 참조).It can be seen from FIG. 13 that the peak of the 101 anatase crystal plane of titania, distinct from the bare ITO peak (FIG. 13 (a)), is clearly observed. Generally thin film titania peaks can be observed when sintered at about 400 ° C., but no peaks were observed in this example (see FIG. 13 (c)). However, it can be seen that when heated to 500 ° C., the diffraction peak showing the anatase crystal phase appears in the XRD pattern of the ITO substrate (see FIG. 13 (d)).

이는, 최소한 500℃의 온도를 소결하여야 본 발명에 따른 티타니아 박막이 아나타제 결정상을 갖게 된다는 것을 알 수 있는데, 티타니아 박막은 아나타제 결정상의 상태에서 전자방출원의 기능을 최대한 활용할 수 있게 된다.It is understood that the sintering temperature of at least 500 ° C. causes the titania thin film according to the present invention to have an anatase crystal phase. The titania thin film can make the most of the function of the electron emission source in the state of the anatase crystal phase.

도 14 는 베어 ITO 기판 및 본 발명에 ITO 기판상에 형성된 티타니아 박막의 EDX 스펙트럼이 도시된 그래프이다. 도 14(a) 및 도 14(b)는 각각 베어 ITO 기판 및 ITO 기판 상의 티타니아 박막의 EDX 스펙트럼 및 그 박막 내의 구성요소들의 대응 적분 농도가 도시된 도면이다. FIG. 14 is a graph showing EDX spectra of a bare ITO substrate and a titania thin film formed on the ITO substrate in the present invention. 14 (a) and 14 (b) are diagrams showing EDX spectra of titania thin films on the bare ITO substrate and the ITO substrate and corresponding integral concentrations of the components in the thin films, respectively.

베어 ITO기판의 EDX 스펙트럼은 도 14(a)에 도시된 바와 같이 인듐, 주석 및 산화규소의 회절피크가 높게 나타나므로 상기 ITO기판이 위의 원소들을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 그러나 ITO기판 상에 도포된 티타니아 박막이 500℃에서 30 분간 가열된 경우, 도 14(b)에 도시된 바와 같이 티타니아 박막이 도포된 ITO 기판의 EDX 스펙트럼에서는 티타니아의 구성원소인 티타늄과 산소의 회절피크 뿐만 아니라 질소에 대한 회절피크도 함께 나타나게 됨을 알 수 있다.The EDX spectrum of the bare ITO substrate has a high diffraction peak of indium, tin, and silicon oxide, as shown in FIG. 14 (a). Thus, it can be seen that the ITO substrate includes the above elements. However, when the titania thin film coated on the ITO substrate was heated at 500 ° C. for 30 minutes, as shown in FIG. 14B, the diffraction peaks of titanium and oxygen, which are members of titania, were observed in the EDX spectrum of the ITO substrate coated with the titania thin film. In addition, it can be seen that the diffraction peak for nitrogen also appears.

이는, 티타니아 박막을 500℃에서 가열할 때 주위 공기내 포함되어 있는 질소가 티타늄과 결합하기 때문이며, 따라서 티타니아 박막은 실제로 TiO2, TiO, TiN으로부터 형성된다. 특히 TiN은 370nm에서 550nm 사이의 가시광선 영역의 빛이 조사되면 질소-도핑된 티타니아의 광반응이 증가하게 되어 광전지의 변환효율을 향상시키기 때문에 더 향상되는 광전지 효율을 기대할 수 있게 된다.This is because nitrogen contained in the surrounding air combines with titanium when the titania thin film is heated at 500 ° C., and thus the titania thin film is actually formed from TiO 2 , TiO, TiN. In particular, when TiN is irradiated with light in the visible light region between 370 nm and 550 nm, the photoreaction of nitrogen-doped titania is increased to improve the conversion efficiency of the photovoltaic cell.

이상과 같이 본 발명에 따른 나노구조체를 갖는 티타니아 박막의 제조방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 알루미나 템플릿 및 합성 몰드를 사용하여 조밀하게 잘 정렬된 나노구조체의 티타니아 박막을 제조하고자 하는 본 발명의 기술사상은 특허청구범위에서 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.As described above, the method for manufacturing a titania thin film having a nanostructure according to the present invention has been described with reference to the illustrated drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and uses an alumina template and a synthetic mold. It is apparent that the technical idea of the present invention for preparing a titania thin film of densely aligned nanostructures can be easily applied by those skilled in the art within the scope of the claims.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 나노구조체를 갖는 티타니아 박막의 제조방법은 복잡한 공정없이 알루미나 템플릿, PMMA 몰드 또는 합성 몰드를 사용하여 치밀하고 균일하게 배열된 나노포어, 나노폴, 나노파이프 등의 나노구조체를 갖는 티타니아 박막을 제조할 수 있어 적은 비용으로 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니 라, 기존에 비해 크게 증가된 표면적을 갖는 티타니아 박막을 제조할 수 있으므로 광전지, 광촉매로 활용되는 경우 그 동작효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The method of manufacturing a titania thin film having a nanostructure according to the present invention configured as described above is a nanopore, nanopole, nanopipe, etc., which are densely and uniformly arranged using an alumina template, a PMMA mold, or a synthetic mold without a complicated process. Titania thin film having a structure can be manufactured, and mass production can be performed at a low cost, and a titania thin film having a largely increased surface area can be manufactured compared to the conventional one, thus greatly improving the operation efficiency when used as a photovoltaic cell and a photocatalyst. It can be effected.

Claims (18)

알루미늄 기판을 1차 양극산화처리하여 제 1 다공성 산화피막을 형성하는 단계;First anodizing the aluminum substrate to form a first porous oxide film; 상기 제 1 다공성 산화피막을 제거하는 단계; 및Removing the first porous oxide film; And 상기 제 1 다공성 산화피막이 제거된 알루미늄 기판을 2차 양극산화처리하여 제 2 다공성 산화피막을 형성하는 단계Forming a second porous oxide film by performing secondary anodization on the aluminum substrate from which the first porous oxide film has been removed. 를 포함하여 알루미나 템플릿을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film comprising the step of preparing an alumina template comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 다공성 산화피막을 제거하는 단계는, 상기 제 1다공성 산화피막이 형성된 알루미늄 기판을 60℃에서 인산(phosphoric acid) 18g이 혼합된 크롬산 용액에 넣어 상기 제 1다공성 산화피막을 제거하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The removing of the first porous oxide film may include removing the first porous oxide film by placing the aluminum substrate on which the first porous oxide film is formed in a chromic acid solution containing 18 g of phosphoric acid at 60 ° C. Titania thin film manufacturing method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 양극산화처리 전에, 상기 알루미늄 기판을 탈지 및 전해연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Before the first anodization, the method of manufacturing a titania thin film comprising the step of degreasing and electropolishing the aluminum substrate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 1차 양극산화 처리는, 상기 알루미늄 기판을 0.3M의 옥살산 용액에 넣고 50V의 전압을 4시간 동안 가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The first anodization treatment is a method of manufacturing a titania thin film, characterized in that by placing the aluminum substrate in 0.3M oxalic acid solution and applying a voltage of 50V for 4 hours. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 2차 양극산화 처리는, 상기 제 1 다공성 산화피막이 제거된 알루미늄 기판을 0.3M의 옥살산 용액에 넣고 45V의 전압을 40초 내지 90초 동안 가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The secondary anodization treatment is a method of manufacturing a titania thin film, characterized in that the aluminum substrate from which the first porous oxide film has been removed is placed in a 0.3 M oxalic acid solution and a voltage of 45 V is applied for 40 to 90 seconds. 제 1 항에 따른 상기 제 2 다공성 산화피막이 형성된 알루미나 템플릿을 준비하는 단계;Preparing an alumina template on which the second porous oxide film according to claim 1 is formed; 상기 제 2 다공성 산화피막에 형성된 나노포어를 확장하는 단계;Expanding the nanopores formed in the second porous oxide film; 상기 알루미나 템플릿에 액상의 PMMA를 도포하여 나노폴 구조의 PMMA 몰드를 성형하는 단계;Forming PMMA mold having a nanopole structure by applying liquid PMMA to the alumina template; 상기 PMMA 몰드에 졸-겔 상태의 티타니아 박막을 엠보싱하는 단계; 및Embossing a titania thin film in a sol-gel state on the PMMA mold; And 엠보싱된 상기 티타니아 박막을 상기 PMMA 몰드로부터 분리하는 단계Separating the embossed titania thin film from the PMMA mold 를 포함하여 이루어져 나노포어가 형성되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that the nanopore is formed, including. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 졸-겔 상태의 티타니아 박막은 1.8g의 티타니아(IV) 에톡사이드 및 8g의 2-프로판올을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The titania thin film in the sol-gel state comprises 1.8 g of titania (IV) ethoxide and 8 g of 2-propanol. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 나노포어 확장단계는 상기 알루미나 템플릿을 0.5M 인산용액에 일정시간 동안 디핑(dipping)하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The nanopore expansion step is a method of manufacturing a titania thin film, characterized in that for dipping (alupping) the alumina template in 0.5M phosphate solution for a predetermined time. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 나노폴 구조의 PMMA 몰드를 성형하는 단계는,Forming the PMMA mold of the nanopole structure, 상기 PMMA 용액이 도포된 알루미나 템플릿에 소정의 온도로 열 처리를 행하여 도포된 PMMA가 상기 알루미나 템플릿의 상기 확장된 나노 포어에 스며들게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Heat treating the alumina template to which the PMMA solution is applied at a predetermined temperature so that the applied PMMA is infiltrated into the expanded nanopores of the alumina template. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 엠보싱하는 단계는,The embossing step, ITO 기판 상에 상기 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 스핀코팅하는 단계; 및Spin coating the titania solution in sol-gel state on an ITO substrate; And 스핀코팅된 상기 티타니아 용액이 응고되기 전, 상기 PMMA 몰드에 형성된 다수의 나노폴이 상기 티타니아 용액을 향하도록 배치하여 압착시키는 단계Before the spin-coated titania solution solidifies, placing and compressing a plurality of nanopoles formed in the PMMA mold to face the titania solution 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that comprises a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 분리하는 단계는,The separating step, 엠보싱된 상기 PMMA 몰드 및 상기 티타니아 박막을 건조 및 소결시키는 단계; 및Drying and sintering the embossed PMMA mold and the titania thin film; And 상기 PMMA 몰드를 제거하는 단계Removing the PMMA mold 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that comprises a. 제 1 항에 따른 상기 제 2다공성 산화피막이 형성된 알루미나 템플릿을 준비하는 단계;Preparing an alumina template on which the second porous oxide film according to claim 1 is formed; 상기 알루미나 템플릿의 일면에 PMMA 용액을 도포하여 나노포어 구조의 합성 몰드를 성형하는 단계;Forming a synthetic mold having a nanopore structure by applying PMMA solution to one surface of the alumina template; 상기 합성 몰드의 상기 PMMA 용액이 도포되지 않는 일면을 이용하여 졸-겔 상태의 티타니아 박막을 엠보싱하는 단계; 및 Embossing the titania thin film in a sol-gel state by using one side of the synthetic mold to which the PMMA solution is not applied; And 엠보싱된 상기 티타니아 박막을 분리하는 단계Separating the embossed titania thin film 를 포함하여 이루어져 나노폴 또는 나노파이프가 형성되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that comprises a nano-pole or nano-pipe formed. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 나노포어 구조의 합성 몰드를 성형하는 단계는,Forming the synthetic mold of the nanopore structure, 상기 PMMA 용액이 도포된 알루미나 템플릿을 소정 온도로 열 처리하는 단계;Thermally treating the alumina template coated with the PMMA solution to a predetermined temperature; 상기 제 2 다공성 산화피막을 제외한 상기 알루미늄 템플릿의 활성층을 제거하는 단계; 및 Removing the active layer of the aluminum template except for the second porous oxide film; And 상기 제 2 다공성 산화피막에 형성된 나노포어를 확장하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Titania thin film manufacturing method comprising the step of expanding the nanopores formed in the second porous oxide film. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 나노포어 확장단계는 상기 알루미나 템플릿을 0.5M 인산용액에 일정시간 동안 디핑하는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The nanopore expansion step is a method for producing a titania thin film, characterized in that for dipping the alumina template in 0.5M phosphate solution for a predetermined time. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 졸-겔 상태의 티타니아 용액은 1.8g의 티타니아(IV) 에톡사이드 및 8g의 2-프로판올을 포함하여 나노폴이 형성되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The titania solution in the sol-gel state is a method for producing a titania thin film, characterized in that the nanopoles are formed including 1.8 g of titania (IV) ethoxide and 8 g of 2-propanol. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 졸-겔 상태의 티타니아 용액은 1g의 티타니아(IV) 에톡사이드 및 8g의 2-프로판올을 포함하여 나노파이프가 형성되는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.The titania solution of the sol-gel state is a method for producing a titania thin film, characterized in that the nanopipes are formed containing 1 g of titania (IV) ethoxide and 8 g of 2-propanol. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 엠보싱하는 단계는,The embossing step, ITO 기판 상에 상기 졸-겔 상태의 티타니아 용액을 스핀코팅하는 단계; 및Spin coating the titania solution in sol-gel state on an ITO substrate; And 스핀코팅된 상기 티타니아 용액이 응고되기 전, 상기 제 2 다공성 산화피막에 형성된 다수의 나노포어가 상기 티타니아 용액을 향하도록 배치하여 상기 합성 몰드를 압착시키는 단계Before the spin-coated titania solution solidifies, placing a plurality of nanopores formed on the second porous oxide film toward the titania solution to compress the composite mold 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that comprises a. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 분리하는 단계는,The separating step, 엠보싱된 상기 합성 몰드 및 상기 티타니아 박막을 건조 및 소결시키는 단계; 및Drying and sintering the embossed composite mold and the titania thin film; And 상기 PMMA 막 및 상기 제 2 다공성 산화피막을 제거하는 단계Removing the PMMA film and the second porous oxide film 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타니아 박막의 제조방법.Method for producing a titania thin film, characterized in that comprises a.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101192425B1 (en) 2010-06-09 2012-10-18 강원대학교산학협력단 Base master manufacturing method
KR101234222B1 (en) 2010-06-24 2013-02-18 국민대학교산학협력단 Nano template and fabrication method thereof
US9190656B2 (en) 2011-10-20 2015-11-17 Hyundai Motor Company Cathode current collector for electrical energy storage device and method for manufacturing the same
KR20160004571A (en) * 2014-07-03 2016-01-13 한국에너지기술연구원 Manufacturing methods of patterned stress relaxation layer and reflecting layer by AAO(Anodic Aluminum Oxide) template deposited on flexible substrate and solar cell using the same
CN111910178A (en) * 2020-07-24 2020-11-10 五邑大学 Preparation method of nano-sheet/nano-microsphere modified porous oxide film and porous oxide film

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR870009744A (en) * 1986-04-16 1987-11-30 원본미기재 Synthetic film
US5975976A (en) 1995-12-22 1999-11-02 Alusuisse Technology & Management Ltd. Method of making structured surface with peak-shaped elements
KR20040091291A (en) * 2003-04-21 2004-10-28 삼성전자주식회사 Manufacturing method of self-ordered nanochannel-array and manufacturing method of nano dot using the nanochannel-array

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR870009744A (en) * 1986-04-16 1987-11-30 원본미기재 Synthetic film
US5975976A (en) 1995-12-22 1999-11-02 Alusuisse Technology & Management Ltd. Method of making structured surface with peak-shaped elements
KR20040091291A (en) * 2003-04-21 2004-10-28 삼성전자주식회사 Manufacturing method of self-ordered nanochannel-array and manufacturing method of nano dot using the nanochannel-array

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101192425B1 (en) 2010-06-09 2012-10-18 강원대학교산학협력단 Base master manufacturing method
KR101234222B1 (en) 2010-06-24 2013-02-18 국민대학교산학협력단 Nano template and fabrication method thereof
US9190656B2 (en) 2011-10-20 2015-11-17 Hyundai Motor Company Cathode current collector for electrical energy storage device and method for manufacturing the same
US9837666B2 (en) 2011-10-20 2017-12-05 Hyundai Motor Company Cathode current collector for electrical energy storage device and method for manufacturing the same
KR20160004571A (en) * 2014-07-03 2016-01-13 한국에너지기술연구원 Manufacturing methods of patterned stress relaxation layer and reflecting layer by AAO(Anodic Aluminum Oxide) template deposited on flexible substrate and solar cell using the same
KR101592468B1 (en) * 2014-07-03 2016-02-18 한국에너지기술연구원 Manufacturing methods of patterned stress relaxation layer and reflecting layer by AAO(Anodic Aluminum Oxide) template deposited on flexible substrate and solar cell using the same
CN111910178A (en) * 2020-07-24 2020-11-10 五邑大学 Preparation method of nano-sheet/nano-microsphere modified porous oxide film and porous oxide film

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