KR101054354B1 - 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 나노물질을 고분자 물질로 코팅한 후 용매에 고르게 분산시켜 나노물질 함유 용액을 제조하는 단계; 상기의 나노물질 함유 용액을 기판에 부어 용매의 증발에 따라 나노물질을 배열하는 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법에 관한 것이다.
용액 증발법, 나노물질, 배열

Description

용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법{Patterning method of nanomaterial using solution evaporation}
본 발명은 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 나노물질을 고분자 물질로 코팅한 후 용매에 고르게 분산시켜 나노물질 함유 용액을 제조하는 단계; 상기의 나노물질 함유 용액을 기판에 부어 용매의 증발에 따라 나노물질을 배열하는 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법에 관한 것이다.
최근 광학 및 전자소자의 집적화, 소형화되는 추세에 따라 나노 구조 물질 및 그 제작방법에 대한 연구뿐만 아니라 그 활용방법에 대한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 특히, 나노 크기를 가지는 물질은 벌크(bulk) 크기를 가지는 물질과 다른 전기적, 광학적, 자성 특성을 활용하여 이를 초미세 전자 소자 물질로 이용하기 위한 나노물질의 인위적인 배열, 패터닝, 소자 제작 등에 관한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.
나노물질이 넓은 분야에 걸쳐 다양하게 활용되기 위해서는 제조된 나노물질은 원하는 자리에 원하는 모양으로 배열할 수 있어야 하며, 이러한 분야들이 산업적으로 활용되기 위해서는 간단한 공정으로 가장 쉽고, 빠르며, 간편하게 나노물질을 배열하는 연구가 반드시 필요한 실정이다. 하지만 아직까지도 나노물질을 원하는 모양과 방향 및 크기로 배열하는 것은 매우 어려운 일이며 아주 복잡하고 어려운 과정뿐만 아니라 많은 공정비용과 시간이 필요한 상황이다.
포토리소그래피 기술은 어떤 특정한 포토레지스트(photoresist)가 빛을 받으면 화학반응을 일으켜서 성질이 변화하는 원리를 이용한 것으로서, 구체적으로 기판 상에 필름을 증착하고 그 위에 포토레지스트를 도포하는 단계, 자외선 파장을 이용하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 노광(exposure)하는 단계, 노광된 포토레지스트를 현상(develop)하는 단계, 현상된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 필름을 식각하는 단계, 상기 포토레지스트를 박리하는 단계등으로 이루어진 일련의 복잡한 과정을 수행하여야 하므로 그 과정이 복잡하고 번거로울 뿐만 아니라 각종장비를 갖추어야 하므로, 장비가 차지하는 면적이 넓어지고 공정시간 및 공정비용도 많이 소비된다.
한편, 이러한 포토리소그래피 기술 이외에, 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 원하는 영역에 탄소나노튜브 물질을 인쇄함으로써 탄소나노튜브의 패턴을 형성할 수도 있는데, 용액타입의 탄소나노튜브 물질을 사용하여 균일한 나노튜브 재료 형성이 어렵고 탄소나노물질의 흐름성에 의해 원하는 형태로 고정되지 않고 흐르기 때문에 별도의 패턴 공정을 수행하여 격벽을 형성해야 하는 등 추가공정이 요구된 다는 문제점이 있다.
그리고 이러한 방법 이외에 패턴하고자 하는 기판의 부분을 나노물질과 친화성이 높은 물질로 기능화시켜 나노물질을 기능화된 부분에만 붙게 하는 딥-펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography)나 마이크로 컨택 프린팅(micro-contact printing)과 같은 방법들이 제시되어져 왔지만 높은 공정비용으로 인해 산업에 활용할 수 없는 실정이다.
이에 나노물질을 원하는 모양과 크기로 쉽고 빠르며 간단하게 배열하기 위하여 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열법의 개발이 절실히 요구되어 왔다.
본 발명자들은 탄소나노튜브, 티타늄옥사이드 나노튜브 및 나노파티클(nano particle)과 같은 다양한 나노 물질의 정렬에 관한 지속적인 연구를 수행한바, 나노물질의 응용 및 그의 산업화를 위하여 쉽고 간편하며 모양과 크기가 제어된 나노물질 정렬방법의 필요성을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 원하는 모양과 크기로 나노물질을 배열하기 위해 고분자의 녹는점 이상에서 고분자 재료를 이용하여 나노물질의 표면 성질 및 거동을 제어하고, 이로부터 합성된 용액과 그 용액의 증발법을 이용한 나노물질 배열방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 나노물질을 고분자 물질로 코팅한 후 용매에 고르게 분산시켜 나노물질 함유 용액을 제조하는 단계; 상기의 나노물질 함유 용액을 기판에 부어 용매의 증발에 따라 나노물질을 배열하도록 하여 공정이 간단하고, 저비용으로 모양과 크기가 제어된 나노물질을 배열하거나 또는 공정이 간단하고, 원하는 모양과 크기로 나노물질을 배열할 수 있는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법은 다양한 나노 물질의 배열에 이용될 수 있으며, 나노물질이 함유되는 용액의 농도와 증발유도체의 모양을 변경함으로서 패턴의 농도 및 모양을 제어할 수 있게 되는 등 여러 가지 다양한 나노물질의 배열을 위해 나노물질이 함유된 용액을 합성한 뒤 용액 증발법을 이용해 빠르고 쉽고 간편하게 나노물질을 배열할 수 있다.
본 발명은 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법을 나타낸다.
본 발명은 나노물질을 고분자 물질로 코팅한 후 용매에 고르게 분산시켜 나노물질 함유 용액을 제조하는 단계; 상기의 나노물질 함유 용액을 기판에 부어 용매의 증발에 따라 나노물질을 배열하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법을 나타낸다.
상기에서 나노물질을 고분자 물질로의 코팅은 고분자 물질로 나노물질을 코팅하여 나노물질들끼리의 응집을 억제하고 또한 나노물질이 용해되는 용매와 같은 움직임을 가지도록 하기 위해 사용한다.
상기에서 고분자 물질의 일예로 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리(비닐 아세테이트)(Poly(vinyl acetate)), 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 나노물질을 고분자 물질로의 코팅은 나노물질이 분산되어 있는 용매에 고분자 물질을 녹여 높은 온도에서 가열함으로서 코팅할 수 있다.
상기에서 나노물질을 고분자 물질로의 코팅은 용액에 나노물질을 분산시킨 뒤 고분자 물질을 첨가하고 고분자 물질의 녹는점 이상의 온도로 가열하여 고분자 물질이 액체상태로 변화하여 분산되어 있는 나노물질을 코팅되도록 실시할 수 있다.
상기에서 가열을 이용하여 나노물질을 고분자 물질로 코팅하는 일예로서 나노물질을 1,5-펜탄다이올(1,5-pentanediol)에 분산시킨 뒤 고분자 물질로서 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)을 첨가하고 150∼230℃에서 1∼3시간 동안 교반하면서 1차 가열 후, 250∼300℃로 승온하여 30분∼1시간 동안 2차 가열하여 나노물질을 고분자 물질로 코팅할 수 있다.
상기에서 고분자 물질로 코팅된 나노물질이 분산되는 용매는 추후 기판에서 증발되어 제거되므로 끓는점이 낮은 용매를 사용하는 것이 좋다.
상기 고분자 물질로 코팅된 나노물질이 분산되는 용매는 끓는점이 낮은 용매로서 에탄올, 아세톤, 벤젠, 에테르, 헥산의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 고분자 물질로 코팅된 나노물질이 분산되는 용매는 끓는점이 낮은 용매로서 에탄올 또는 아세톤을 사용할 수 있다.
상기에서 기판은 나노물질 함유 용액이 공급된 후 나노물질이 함유된 용액의 용매가 증발되어야 하므로, 기판은 상기 용매의 끓는점 전후의 온도로 유지되는 기 판을 사용할 수 있으며, 또한 원하는 모양의 나노물질이 기판에 배열되도록 하기 위해 특정한 모양의 증발유도체가 구비되는 기판을 사용할 수 있다.
상기에서 기판의 일예로 40∼80℃의 온도로 유지되며 증발유도체가 구비된 기판을 사용할 수 있다. 즉, 나노물질 함유 용액이 40∼80℃의 온도로 유지되며 증발유도체가 구비되는 기판에 공급되면 나노물질 함유 용액은 증발유도체의 모양에 따라 기판에 공급된 후 나노물질 함유 용액의 용매가 기판의 온도에 의해 증발되면서 나노물질이 상기 기판에 구비되는 증발유도체의 모양에 따라 배열되는 것이다. 따라서 상기 기판에 구비되는 증발유도체의 모양에 따라 나노물질을 기판에 배열할 수 있으므로, 원하는 모양의 증발유도체를 사용함으로써 원하는 모양의 나노물질을 배열할 수 있다.
상기에서 증발유도체는 기판의 온도에 따라 모양이 변하지 않는 것을 사용할 수 있다. 일예로 녹는점이 높은 세라믹(ceramic), 유리(class), 금속(metal)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
상기에서 증발유도체는 직선, 곡선, 원, 각형의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 모양으로 형성된 것을 사용할 수 있다. 이때 각형은 각(角)을 지니는 형태의 도형(圖形)을 의미하여, 이러한 각형의 일예로 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 팔각형 등의 도형을 나타낸다.
상기에서 나노물질은 입자크기가 나노인 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 이러한 나노물질의 일예로서 탄소나노튜브, 금속이 도핑된 탄소나노튜브, 티타늄 옥사이드 나노입자, 티타늄 옥사이드 나노튜브의 군으로부터 선택된 어 느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 배열된 나노 물질은 고분자 물질로 코팅이 되어져 있으므로 순수한 나노물질만 배열시키기 위해서 기판에서 증발유도체를 제거한 후 나노물질이 배열된 기판을 메탄올과 에탄올에 차례로 60∼90초 정도 담가서 고분자 물질만을 선택적으로 용해시켜 제거할 수 있다. 상기에서 기판에서의 증발유도체는 핀셋과 같은 기구를 이용하여 기판으로부터 분리, 제거할 수 있다.
본 발명의 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법에 대해 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법을 제공하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 용액 증발법을 이용한 탄소나노튜브의 배열 방법
(1) 탄소나노튜브를 포함하는 부유용액 제조
고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 제조하기 위해서 먼저 탄소나노튜브 4mg을 50ml의 1,5-펜탄다이올(1,5-pentanediol) 용액에 넣고 6시 간 동안 소니케이터(sonicator)에서 분산시킨다. 분산된 용액을 둥근 플라스크로 옮겨 담고 고분자 물질인 5.35g의 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)와 함께 200℃로 2시간 동안 교반하면서 가열한 후 다시 270℃로 온도를 높여 30분간 가열한뒤 온도를 내린다. 그 후 150ml의 아세톤으로 세척하고 다시 50ml의 에탄올에 분산시켜 원심분리하여 탄소나노튜브를 분리하는 과정을 두 번 반복한 뒤 20ml의 에탄올에 다시 분산시켜 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 제조하였다. 이 과정에서 가열한 온도가 PVP의 녹는점(melting temperature)를 넘어가므로, PVP가 결정상태에서 액체상태로 변화하여 분산되어 있는 탄소나노튜브를 모두 완벽하게 코팅하게 되고 이 코팅으로 인하여 탄소나노튜브간의 반데르 발스(van der waals)인력은 거의 제거되고 탄소나노튜브와 분산용매인 에탄올과의 상호작용이 커지면서 탄소나노튜브는 에탄올의 움직임과 같이 동기화 되게 된다.
(2) 제조된 부유용액을 이용한 탄소나노튜브 배열
상기 (1)에서 제조된 탄소나노튜브를 포함한 용액을 60℃로 유지된 기판에 떨어뜨려 증발시키면서 탄소나노튜브를 패터닝 할 수 있게 된다. 구체적으로 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브를 포함한 용액으로부터 탄소나노튜브를 패터닝하는 방법은 크게 두가지로 구분되는데, 첫 번째 방법은 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 용액이 기판의 온도에 의해 증발되어 상기 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 석출되면서 용액의 움직임을 고정하는 자기고정법이며, 두 번째 방법은 기판위의 증발유도체가 용액을 강제적으로 고정시키면서 증발유도체의 모양을 따라서 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 패턴되는 강제고정법이다. 이렇게 배 열된 고분자 물질로 코팅된 나노물질은 메탄올과 에탄올 용액에 60∼90초 정도 담가 나노물질을 코팅하는 고분자 물질을 용해시켜 제거함으로써 기판에 나노물질만을 배열시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법에 대한 전체적인 공정을 도식적으로 나타낸 그림이다.
도 1(A)는 자기고정법에 의해 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법을 나타낸 것으로 막대모양의 증발유도체가 구비되어 있는 기판에 탄소나노튜브가 고분자 물질로 코팅되어 함유된 용액을 떨어트리면 기판의 온도에 의해 탄소나노튜브가 고분자 물질로 코팅되어 함유된 용액이 상기 증발유도체의 모양대로 증발해가면서 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 배열되어 과정을 나타낸 것이다. 이때 가장 빠른 증발 장소인 용액의 가장자리에서 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 석출되면서 용액을 고정하며 동시에 용매의 증발로 인해 용액의 표면장력이 증가하면서 용액이 줄어들어 다른 장소에 다시 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브를 주기적으로 배열해 나간다. 이러한 배열이 끝나면 상기 기판에 구비되어 있는 증발유도체를 핀셋으로 제거한 다음, 기판을 메탄올과 에탄올 용액에 차례로 담가 탄소나노물질을 코팅하고 있는 고분자 물질을 용해시켜 제거하여 탄소나노튜브가 배열된 기판을 얻을 수 있다.
도 1(B)는 강제고정법에 의한 탄소나노튜브 배열을 나타낸 그림이며 증발유도체에 의해 둘러 쌓인 기판위에 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 함유된 용액을 떨어트려 기판의 온도에 의해 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 함유된 용액의 용매가 증발유도체의 가장자리에서만 증발해가면서 증발유도체의 모양을 따라 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 배열되는 과정을 나타낸 것이다. 이때 기판위에 위치한 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 함유된 용액의 가장 빠른 증발장소는 증발유도체의 가장자리이며 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 함유된 용액의 용매 증발로 인한 용액의 부피 감소도 용액의 중심 부분에서부터 시작되어 가장자리로 진행해 나가므로 고분자 물질로 코팅된 탄소나노튜브가 증발유도체의 모양을 따라 기판에 배열되게 된다. 이러한 배열이 끝나면 상기 기판에 구비되어 있는 증발유도체를 핀셋으로 제거한 다음, 기판을 메탄올과 에탄올 용액에 차례로 담가 탄소나노물질을 코팅하고 있는 고분자 물질을 용해시켜 제거하여 탄소나노튜브가 배열된 기판을 얻을 수 있다.
도 2는 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법 중 자기고정법에 의해 배열된 탄소 나노튜브의 SEM(scanning electron microscopy) 사진으로서, 도 2(A)는 주기적인 직선 모양으로 배열된 탄소나노튜브를 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(B)는 도 2(A)의 일부를 확대하여 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(C)는 동심원 모양으로 배열된 탄소나노튜브를 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(D)는 도 2(C)의 일부를 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법 중 강제고정법에 의해 패턴된 탄소 나노튜브의 SEM 사진으로서, 도 3(A)는 주기적인 'U'자 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(B)는 주기적인 'ㅁ'자 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(C)는 글자 'NANO' 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(D)는 도 3(C)의 글자 'NANO' 모양 중 하얀색 사각형 부분을 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.
<실시예 2> 용액 증발법을 이용한 금속이 도핑된 탄소나노튜브의 배열 방법
(1) 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 포함하는 부유용액 제조
고분자 물질로 코팅된 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 포함하는 부유용액을 제조하기 위해서 먼저 금속(백금(Pt))이 도핑된 탄소나노튜브 8mg을 50ml의 1,5-pentanediol 용액에 넣고 6시간 동안 소니케이터(sonicator)에서 분산시켰다. 금속이 도핑된 탄소나노튜브가 분산된 용액을 둥근 플라스크로 옮겨 담고 5.35g의 polyvinylpyrrolidone(PVP)와 함께 200℃로 2시간 동안 교반하면서 가열한 후 다시 270℃로 온도를 높여 30분간 가열한뒤 온도를 내렸다. 그 후 150ml의 아세톤으로 세척하고 다시 50ml의 에탄올에 분산시켜 원심분리하여 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 분리하는 과정을 두 번 반복한 뒤 25ml의 에탄올에 다시 분산시켜 고분자 물질로 코팅된 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 제조하였다.
상기의 금속이 도핑된 탄소나노튜브는 백금 이외에 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co)의 전이금속의 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
(2) 제조된 부유용액을 이용한 금속이 도핑된 탄소나노튜브 배열
이렇게 제조된 고분자 물질로 코팅된 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 포함한 용액을 60℃로 유지된 기판에 떨어뜨려 증발시키면서 금속이 도핑된 탄소나노튜브 를 패터닝 할 수 있게 된다. 고분자 물질로 코팅된 금속이 도핑된 탄소나노튜브를 포함한 부유용액을 배열하는 방법은 상기 실시예 1의 (2)에서 설명한 탄소나노튜브를 배열하는 방법과 같다.
도 4는 용액증발법에 의해 배열된 금속이 도핑된 탄소나노튜브의 SEM 사진으로서, 도 4(A)는 용액증발법을 이용해 배열된 금속이 도핑된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 4(B)는 도 4(A)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이다.
<실시예 3> 용액 증발법을 이용한 티타늄 옥사이드 나노입자의 배열 방법
(1) 티타늄 옥사이드 나노입자를 포함하는 부유용액 제조
고분자 물질로 코팅된 티타늄 옥사이드 나노입자을 포함하는 부유용액을 제조하기 위해서 먼저 티타늄 옥사이드 나노입자 8mg을 50ml의 1,5-pentanediol 용액에 넣고 12시간 동안 소니케이터(sonicator)에서 분산시킨다. 분산된 용액을 둥근 플라스크로 옮겨 담고 5.35g의 polyvinylpyrrolidone(PVP)와 함께 200℃로 2시간동안 교반하면서 가열한 후 다시 270℃로 온도를 높여 30분간 가열한뒤 온도를 내린다. 그 후 150ml의 아세톤으로 세척하고 다시 50ml의 에탄올에 분산시켜 원심분리하여 티타늄 옥사이드 나노입자을 분리하는 과정을 두 번 반복한 뒤 30ml의 에탄올에 다시 분산시켜 고분자 물질로 코팅된 티타늄 옥사이드 나노입자를 포함하는 용액을 제조 한다.
(2) 제조된 부유용액을 이용한 티타늄 옥사이드 나노입자 배열
이렇게 제조된 티타늄 옥사이드 나노입자를 포함한 용액을 60℃로 유지된 기 판에 떨어뜨려 증발시키면서 티타늄 옥사이드 나노입자를 패터닝 할 수 있게된다. 부유용액을 배열 하는 방법은 상기 설명한 탄소나노튜브를 배열하는법과 같다
도 4는 용액증발법에 의해 배열된 티타늄 옥사이드 나노입자의 SEM 사진으로서, 도 4(C)는 용액증발법을 이용해 배열된 티타늄 옥사이드입자의 SEM 사진이고, 도 4(D)는 도 4(C)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이다.
<실시예 4> 용액 증발법을 이용한 티타늄 옥사이드 나노튜브의 배열 방법
(1) 티타늄 옥사이드 나노튜브를 포함하는 부유용액 제조
고분자 물질로 코팅된 티타늄 옥사이드 나노튜브를 포함하는 부유용액을 제조하기 위해서 먼저 티타늄 옥사이드 나노튜브 6mg을 50ml의 1,5-pentanediol 용액에 넣고 4시간동에 소니케이터(sonicator)에서 분산시킨다. 분산된 용액을 둥근 플라스크로 옮겨 담고 5.35g의 polyvinylpyrrolidone(PVP)와 함께 200℃로 2시간동안 교반하면서 가열한 후 다시 270℃로 온도를 높여 30분간 가열한뒤 온도를 내린다. 그 후 150ml의 아세톤으로 세척하고 다시 50ml의 에탄올에 분산시켜 원심분리하여 탄티타늄 옥사이드 나노튜브을 분리하는 과정을 두 번 반복한 뒤 10ml의 에탄올에 다시 분산시켜 고분자 물질로 코팅된 티타늄 옥사이드 나노튜브를 포함하는 용액을 제조 한다.
(2) 제조된 부유용액을 이용한 티타늄 옥사이드 나노튜브 배열
이렇게 제조된 티타늄 옥사이드 나노튜브를 포함한 용액을 60℃로 유지된 기판에 떨어뜨려 증발시키면서 티타늄 옥사이드 나노튜브를 패터닝 할 수 있게된다. 부유용액을 배열 하는 방법은 상기 설명한 탄소나노튜브를 배열하는법과 같다
도 4는 용액증발법에 의해 배열된 티타늄 옥사이드 나노튜브의 SEM 사진으로서, 도 4(E)는 용액증발법을 이용해 배열된 티타늄 옥사이드 나노튜브의 SEM 사진이고, 도 4(F)는 도 4(E)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의해 공정이 간단하고, 저비용으로 모양과 크기가 제어된 나노물질 의 배열방법을 제공할 수 있으며, 본 발명에 의해 나노물질을 이용함으로써 다양한 응용분야에서의 이용 가능성과 산업화 가능성을 제공할 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 나노물질 배열방법을 이용하여 나노 크기를 가지는 물질에 대한 전기적, 광학적, 자성 특성을 활용하여 이를 초미세 전자 소자 물질로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법의 공정을 도식적으로 나타낸 것으로서, 도 1(A)는 자기고정법을 이용하여 막대모양의 증발 유도체가 놓여져 있는 기판에 탄소나노튜브 함유 용액을 떨어트려 증발 유도체의 모양대로 용액이 증발해가면서 탄소나노튜브가 배열되는 과정을 나타낸 것이고, 도 1(B)는 강제고정법을 이용하여 증발 유도체에 의해 둘러 쌓인 기판위에 탄소나노튜브 함유 용액을 떨어트려 용액이 증발 유도체의 가장자리에서만 증발해가면서 증발유도체의 모양을 따라 탄소나노튜브가 배열되는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법 중 자기고정법에 의해 배열된 탄소 나노튜브의 SEM(scanning electron microscopy) 사진으로서, 도 2(A)는 주기적인 직선 모양으로 배열된 탄소나노튜브를 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(B)는 도 2(A)의 일부를 확대하여 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(C)는 동심원 모양으로 배열된 탄소나노튜브를 나타낸 SEM 사진이고, 도 2(D)는 도 2(C)의 일부를 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 용액 증발법을 이용한 나노물질 배열방법 중 강제고정법에 의해 패턴된 탄소 나노튜브의 SEM 사진으로서, 도 3(A)는 주기적인 'U'자 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(B)는 주기적인 'ㅁ'자 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(C)는 글자 'NANO' 모양으로 배열된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 3(D)는 도 3(C)의 글자 'NANO' 모양 중 하얀색 사각형 부분을 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.
도 4는 용액증발법에 의해 배열된 금속이 토핑된 탄소나노튜브와 티타늄 옥사이드입자와 티타늄 옥사이드 나노튜브의 SEM 사진으로서, 도 4(A)는 용액증발법을 이용해 배열된 금속이 도핑된 탄소나노튜브의 SEM 사진이고, 도 4(B)는 도 4(A)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이고, 도 4(C)는 용액증발법을 이용해 배열된 티타늄 옥사이드입자의 SEM 사진이고, 도 4(D)는 도 4(C)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이고, 도 4(E)는 용액증발법을 이용해 배열된 티타늄 옥사이드 나노튜브의 SEM 사진이고, 도 4(F)는 도 4(E)의 일부를 확대하여 나타내는 SEM 사진이다.

Claims (7)

  1. 나노물질을 고분자 물질로 코팅한 후 용매에 고르게 분산시켜 나노물질 함유 용액을 제조하는 단계;
    상기의 나노물질 함유 용액을 용액의 끓는점 전후의 온도로 유지되는 기판의 증발유도체에 공급하고 기판의 온도에 의해 용매가 증발되면서 나노물질을 배열하는 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  2. 제1항에 있어서,
    나노물질을 1,5-펜탄다이올(1,5-pentanediol)에 분산시킨 뒤 고분자 물질로서 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리(비닐 아세테이트)(Poly(vinyl acetate)), 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하고 150∼230℃에서 1∼3시간 동안 교반하면서 1차 가열 후, 250∼300℃로 승온하여 30분∼1시간 동안 2차 가열하여 나노물질을 고분자 물질로 코팅하는 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  3. 제1항에 있어서,
    용매는 에탄올, 아세톤, 벤젠, 에테르, 헥산의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  4. 제1항에 있어서,
    나노물질 함유 용액을 40∼80℃의 온도로 유지되며 증발유도체가 구비된 기판의 증발유도체에 부어 용매의 증발에 따라 나노물질을 배열하는 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  5. 제1항에 있어서,
    나노물질은 탄소나노튜브, 금속이 도핑된 탄소나노튜브, 티타늄 옥사이드 나노입자, 티타늄 옥사이드 나노튜브의 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  6. 제1항에 있어서,
    증발유도체는 세라믹(ceramic), 유리(class), 금속(metal)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
  7. 제1항에 있어서,
    증발유도체는 직선, 곡선, 원, 각형의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 모양으로 형성된 것 임을 특징으로 하는 용액 증발법을 이용한 나노물질의 배열방법.
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