KR101059481B1 - 자외선 몰딩 방식을 통한 생체모방형 계층 구조를 갖는 초소수성 표면 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소수성 특성을 보이는 생체모방형 계층 구조체를 몰딩 방식에 의한 하향식 패턴 전사 방식과 상향식 표면 화학 처리 방식을 접목하여 구현함으로써 열이나 유해한 독성 화학물질 등을 사용하지 않고, 기판의 종류와 상관없이 형성이 가능한 생체모방형 계층 구조 형성에 의한 초소수성 표면 제조 기법에 관한 것으로, 이렇게 제작된 표면은 불소계 자외선 경화수지를 이용한 molding 기법으로 초소수성 계층 구조체를 단공정으로 제작하는데 있어서 원판 템플레이트(template)로 사용될 수 있다. 또한, 생체모방형 계층 구조체의 표면이 150도 이상의 높은 접촉각과 2도 이하의 매우 낮은 접촉각 이력을 나타낼 뿐만 아니라, 불소기에 의해 외부에 장시간 노출되더라도 그 표면의 특성이 그대로 유지되는 안정성을 실현할 수 있는 것이다.

Description

자외선 몰딩 방식을 통한 생체모방형 계층 구조를 갖는 초소수성 표면 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING SUPER WATER-REPELLENT SURFACE OF BIOMIMETIC HIERARCHICAL STRUCTURE BY USING ULTRAVIOLET RAYS MOLDING}

본 발명은 초소수성 표면을 제조하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몰딩(molding) 방식에 의한 하향식 패턴 전사 방식과 상향식 표면 화학 처리 방식을 접목하여 생체 모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제작하는데 적합한 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 초소수성 표면을 형성하기 위한 전제 조건은 표면 요철 구조와 그 표면을 구성하고 있는 물질의 낮은 표면 에너지에 있다. 이에 따라 기존의 초소수성 표면을 제작하기 위한 방법으로는 통상 소수성 표면에 요철구조를 형성시킨다든지, 요철을 만든 표면에 낮은 표면 에너지를 가지는 물질로 처리하는 방식이 사용되어 왔다. 특히, 계층 구조의 형성으로 초소수성 표면을 제작함에 있어서는 상향식 접근 방법과 하향식 접근 방법이 있는데, 이들 각각은 고유한 특성 을 가진다.

먼저, 하향식 접근 방법은 주로 전통적인 포토리쏘그라피 노광 공정(참고문헌 : N. J. Shirtcliffe, G. McHale, M. I. Newton, G. Chabrol, and C. C. Perry, "Dual-scale roughness produces unusually water-repellent surfaces", Adv. Mater. 16, 1929(2004) 참조) 또는 템플레이트와 같은 금형을 이용한 임프린트 방식(참고문헌 : W. Lee, M. K. Jin, W. C. Yoo, and J. K. Lee, "Nanostructuring of a polymeric substrate with well-defined nanomater-scale topography and tailored surface wettability", Langmuir 20, 7665(2004)참조)으로 특정 패턴을 기판에 전사하여 계층 구조를 구현하는데, 이것은 목적하는 특정한 패턴을 구현함에 있어서 그 정확성과 충실도가 뛰어나 패턴 조정 능력과 재현성 측면에서 장점을 갖는다.

또한, 계층 구조체 형성을 위한 상향식 접근 방법은 기판 표면에 코팅 또는 어셈블리(assembly)와 같은 방법을 이용하여 패턴의 전사 과정 없이도 특정한 요철을 표면에 구현할 수 있는 기법이다. 이것은 특별한 장비나 복잡한 절차를 요구하지 않아 제작 과정에 있어 경제적으로 우수한 측면을 가지고 있다. 그 대표적인 예로써 특정 크기의 폴리스타이렌 입자(bead)를 포함한 용액을 기판 표면에 코팅하여 구형의 폴리스타이렌 입자 배열을 가지게 하는 nanosphere lithography(참고문헌 : J. Y. Shiu, C. W. Kuo, P. Chen, and C. Y. Mou, "Fabrication of tunable superhydrophobic surfaces by nanosphere lithography", Chen. Mater. 16, 561(2004) 참조)나 또는 이중 크기(binary structure)를 갖는 표면 요철구조의 구 현을 위해 이종의 입자를 갖는 용액에 연속적으로 침적코팅(dip-coating)하여 서로 다른 크기의 입자가 기판 표면에 불균일하게 분포되도록 하는 binary colloidal assembly 방법(참고문헌 : G. Zhang, D. Wang, Z. Z. Gu, and H. Mohwald, "Fabrication of superhydrophobic surfaces from binary colloidal assembly", Langmuir 21, 9143(2005) 참조)이 있다. 그리고, 이러한 표면 요철 형성 후 그 표면을 낮은 표면에너지를 가지도록 특정 물질로 화학 처리하게 된다.

그러나, 종래의 하향식 접근 방법은 포토리쏘그라피 공정이 프리베이크, 노광, 현상, 수세, 건조, 에칭 등과 같이 다단 복잡한 공정을 요구하며 고가의 노광 장비 또한 필요로 하기 때문에 대면적 대량 생산에는 경계적인 측면에서 그 한계가 있고, 임프린트에 의한 패턴 전사 방법은 가압 고온이라는 까다로운 공정 조건을 요구하기 때문에 사용 가능한 기판이 제한되며 효과적이고도 용이하게 표면 구조체를 구현하는데 제약이 있다.

또한, 상향식 접근 방법은 그 경제성에 비해 구조 조정에 대한 능력이 없어 적용될 수 있는 구조와 응용에 한계가 있고 구조 충실도가 떨어져 재현성에 있어서도 제약이 따르는 문제가 있다.

본 발명은, 일 관점에 따라, 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 방법으로서, 기판 상에 나노분말 분산형의 에너지 경화 수지를 형성하는 과정과, 상기 에너지 경화 수지의 상부에 패턴이 형성된 몰드의 패턴면을 접촉시키는 과정과, 에너지를 가하여 상기 에너지 경화 수지를 경화시키는 과정과, 상기 기판으로부터 상기 몰드를 탈거하는 과정과, 상기 에너지 경화 수지의 패턴화된 경화 표면에 다른 에너지를 가하여 상기 경화 표면에서의 나노분말을 노출시키는 과정과, 자기조립 모노레이어(SAM)를 이용하여 상기 패턴화된 경화 표면을 표면 처리하는 과정을 포함하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 다른 관점에 따라, 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 방법으로서, 패턴면을 갖는 템플레이트상에 불소를 포함하는 에너지 경화 수지를 형성하는 과정과, 상기 에너지 경화 수지의 상부에 기판을 접촉시키는 과정과, 에너지를 가하여 상기 에너지 경화 수지를 경화시키는 과정과, 상기 템플레이트를 경화된 패턴층으로부터 박리시키는 과정을 포함하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 하향식 패턴 전사 시 특정의 원하는 구조를 몰드 상에 설계하여 기판 상에 형성할 수 있고, 또한 마이크로 구조물의 표면상에 나노 크기의 요철까지 에너지(자외선) 경화 수지에 분산되는 나노입자의 크기를 조절함으로써 제어가 가능하다. 따라서, 계층 구조의 설계와 성형에 있어 목적하는 응용분야의 따라 그 크기와 형상을 자유롭게 변형할 수 있다.

또한, 본 발명은 초소수성 특성을 보이는 생체모방형 계층 구조체를 몰딩 방식에 의한 하향식 패턴 전사 방식과 상향식 표면 화학 처리 방식을 접목하여 구현하기 때문에 열이나 유해한 독성 화학물질 등을 사용하지 않아 친환경적이며, 기판에 대한 제약도 없이(기판의 종류에 상관 없이) 성형이 가능하고 오랜 보관 시간에도 불구하고 초소수성의 안정된 표면 특성을 유지할 수 있다.

더욱이, 계층 구조를 가진 초소수성 표면은 퍼플루오로(Perfluoro)기를 가진 자외선 경화수지를 이용하여 단공정 생체모방형 계층 구조를 가진 초소수성 표면 제작을 위한 원판 몰드로 사용이 가능하기 때문에 매우 간단하게 공정의 운용을 실현할 수 있으며, 또한 어떠한 다단 복잡한 반복 공정이나 가혹한 실험 조건 등을 요구치 않기 때문에 매우 경제적일 뿐만 아니라 대기 중에 노출된 퍼플루오로기는 각종 화학물질 등에 안전한 표면 특성을 나타내는 효과를 갖는다.

본 발명의 기술요지는, 상하향식 접근 방법을 통해 기판 상에 계층 구조의 초소수성 표면을 갖는 수지 패턴을 형성한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술들에서의 문제점들을 효과적으로 개선할 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 자연계의 동식물의 표피를 통해 많이 관찰되는 형상은 계층 구조체이다. 이는 마이크로 구조물 위에 나노 구조의 형상으로 이루어져 독특한 표면 물성을 제공한다. 특히, 연꽃잎 표면과 나비 및 매미 등의 곤충의 날개에 서 관찰되는 계층 구조체는 표면을 덮고 있는 소수성 왁스 물질과 더불어 미세 먼지들이 그 표면에 쌓이지 않고 물방울과 함께 자연적으로 제거되는 자가세정(self-cleaning) 특성을 가지게 한다.

또한, 소금쟁이의 발에서 관찰되는 계층 구조체에 의한 초소수성은 물에 가라앉지 않고 밀쳐냄으로써 다리 하나가 자기 몸무게의 15배를 물위에서 지탱하게 하여 물위를 자유롭게 떠다니게 한다. 아울러, 게코 도마뱀의 다리에서 관찰되는 각각의 섬모는 30~130 마이크로 미터의 길이에 200~500나노미터 크기의 미세 섬모 다발로 이루어져 있으며, 이러한 계층 구조는 접촉하는 대응면에 대해 높은 반데르발스 힘의 작용에 의해 매우 뛰어난 부착 특성을 부여함으로써 떼었다 붙일 수 있는 강력한 가역적 건식 접착제(dry adhesive)의 기능을 하게 한다.

따라서, 이와 같은 계층 구조의 표면은 젖음성, 마찰 특성, 및 부착 특성과 같은 다양하고 독특한 물성을 나타내고 있고, 이를 이용하여 일상 생활에서뿐만 아니라 산업계 전반으로의 적용은 매우 많은 관심을 받고 있다. 따라서, 그러한 계층 구조를 갖는 표면의 인공적 제작은 매우 중요한 기술적 과제가 되고 있고, 특히 대면적, 대량 생산을 위해서는 경제적이면서도 재현성 있는 접근 방법이 요구되고 있다. 이를 위해 본 발명의 발명자들은 재현성 확보를 위한 하향식 패턴 전사 방법과 경제적인 상향식 표면 화학 처리 방법을 접목함으로써 생체모방형 계층 구조체 형성에 의한 초소수성 표면 제작 방법을 개발하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

[실시 예1]

도 1a 내지 1e는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.

도 1a를 참조하면, 코팅 공정을 실시하여 유리 또는 PET 필름 등과 같은 기판(102) 상에 나노분말 분산형의 에너지 경화 수지(104a)를 형성(도포)하고, 에너지 경화 수지(104a)의 상부 측에 패턴이 형성된 몰드(106)의 패턴(108)면이 대향하도록 정렬시킨다.

여기에서, 에너지 경화 수지는 자외선 경화 수지인 것으로, 예컨대 자외선 경화형 아크릴레이트 올리고머, 반응성 희석제, 광개시제 및 나노분말 등을 포함하며, 나노 분말은 알루미나(Al₂O₃), 산화티탄(TiO₂), 실리카(SiO₂)와 같은 금속산화물 또는 무기산화물 중 어느 하나로 이루어진다.

또한, 몰드(106)는 유기 또는 무기 몰드인 것으로, 그 패턴면은 프리즘 또는 피라미드 형태의 마이크론 오더(from order of one micron to order of ten micron) 크기의 패턴 어레이 구조를 갖는다.

다음에, 에너지 경화 수지(104a)의 상부에 몰드(106)의 패턴(108)면을 접촉시켜 소정의 압력, 예컨대 수 bar의 압력으로 가압(몰딩)한 후 몰드(106)를 투과하는 형태로 에너지, 예컨대 자외선을 조사함으로써, 도 1b에 도시된 바와 같이, 에 너지 경화 수지(104a)를 경화시킨다. 물론, 상기와는 달리, 기판(102)의 배면을 투과하는 형태로 에너지 경화 수지에 에너지(예컨대, 자외선 등)를 조사할 수도 있다.

이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(102)으로부터 몰드(106)를 탈거(제거)시킴으로써, 경화 수지 패턴층(104b), 즉 몰드(106)에 형성된 패턴(108)의 역상 패턴층을 형성한다.

다시, 경화 수지 패턴층(104b)에 다른 에너지, 예컨대 원자외선(예컨대, 254nm 및 185nm 파장을 가지는 원자외선(Deep UV))을 조사하여, 경화 수지 패턴층(104b)의 경화 표면에 있는 유기물을 선택적으로 식각(즉, 원자외선을 조사하여 발생한 활성 산소로 경화 표면의 유기물만을 제거)함으로써, 일 예로서 도 1d에 도시된 바와 같이, 경화 표면에 있는 나노 분말의 표면이 노출되는 형태를 갖는 경화 수지 패턴(104c)을 형성한다. 여기에서, 원자외선은, 예컨대 300nm 이하의 파장을 가지는 자외선의 조사를 통해 발생될 수 있다.

마지막으로, 자기조립 모노레이어(SAM : self-assembly monolayer)를 이용하여 경화 수지 패턴(104c)의 표면을 처리함으로써, 일 예로서 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 계층 구조의 초소수성 표면을 갖는 수지 패턴(104)을 완성한다.

여기에서, 경화 수지 패턴의 표면을 처리하는 처리제로서는, 불소기를 함유한 실란계 화합물(예컨대, 액상 또는 기상에서 안정하고 상대적으로 낮은 에너지를 가지는 프루오로알킬계 실란 화합물) 또는 불소를 함유한 클로라이드계 화합물(예 컨대, 프루오로알킬계 클로라이드 화합물) 등을 이용할 수 있다. 이와 같이, 수지 패턴의 표면을 SAM 처리하면, 예컨대 150도 이상의 접촉각과 2도 이하의 접촉각 이력(CA hysteresis)을 갖는 초소수성 표면 특성을 나타내며, 표면에 노출된 안정된 플루오로기의 영향으로 인해 불소기에 의해 외기에 노출된 상태에서도 장시간동안 그 표면 특성의 변화가 없게 된다. 즉, 불소기에 의해 외부에 장시간 노출되더라도 그 표면 특성이 그대로 유지되는 안정성을 실현할 수 있다.

한편, 본 실시 예에 따라 제작한 계층 구조체를 가진 초소수성 표면을 템플레이트로 하여 이로부터 다시 퍼플루오로폴리에테르(Perfluoropolyether)계 자외선 경화 수지를 사용하는 자외선 경화 몰딩 기법을 통해 단공정 복제 과정을 수행함으로써, 매우 간단하게 생체모방형 계층 구조를 갖는 초소수성 표면의 제작을 실현할 수 있다.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.

도 2a를 참조하면, 계층 구조체, 즉 패턴(204)을 갖는 템플레이트(202)를 준비하는데, 이러한 템플레이트(202)는 전술한 제 1 실시 예를 통해 제작될 수 있다.

다음에, 도포 공정을 실시함으로써, 일 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 템플레이트(202)상의 패턴(204)을 완전히 매립하는 형태로 에너지 경화 수지(206a)를 형성한다. 여기에서, 에너지 경화 수지(206a)는 광개시제와 자외선 경화형 관능기인 아크릴레이트를 갖는 퍼플루오로 폴리에테르계(PFPE : Perfluoropolyether) 올리고머를 포함할 수 있다.

다시, 에너지 경화 수지(206a)의 상부에 유리 또는 PET 필름 등과 같은 기판(208)을 접촉시켜 소정의 압력, 예컨대 수 bar의 압력으로 가압(몰딩)한 후 기판(208)을 투과하는 형태로 에너지, 예컨대 자외선을 조사함으로써, 도 2c에 도시된 바와 같이, 에너지 경화 수지(206a)를 경화시킨다. 물론, 상기와는 달리, 템플레이트(202)의 배면을 투과하는 형태로 에너지를 에너지 경화 수지에 조사할 수도 있다.

마지막으로, 기판(208)과 템플레이트(202)를 박리 시킴으로써, 일 예로서 도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(208) 상에 생체모방형 계층 구조를 갖는 초소수성 표면, 즉 초소수성의 패턴층(206)을 완성한다.

이와 같이 제작된 기판(208)상의 패턴층(206) 표면은 전술한 제 1 실시 예에서 제작한 템플레이트와 거의 동일한 구조를 가질 뿐만 아니라 표면의 초소수성 특성 역시 유사하여 150도 이상의 접촉각과 2도 이하의 접촉각 이력을 나타낸다. 또한, 퍼플루오로 폴리에테르계 자외선 경화수지에 의해 구성된 경화층(패턴층)은 각종 화학약품 등 노출 시에도 안정한 특성을 보여준다.

더욱이, 상술한 바와 같이 제작된 패턴층 표면의 특정 영역에 다른 에너지(예컨대, 원자외선 등)를 조사해 줌으로써 경화 패턴층을 구성하는 화학구조를 변화시켜 초소수성에서 친수성으로 영구적으로 표면 물성을 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 표면 젖음 특성을 원하는 영역에 선택적으로 구현할 수 있다.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 제조된 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면의 일부를 선택적으로 친수화시키는 과정을 도시한 공정 순서도이다.

도 3a를 참조하면, 초소수성 표면, 즉 초소수성 패턴층(304)이 형성된 기판(302) 상의 소정 위치에 마스크를 정렬시키는데, 이러한 마스크는 에너지(예컨대, 원자외선)를 투과하는 투과 영역(306a)과 에너지를 차단하는 차단 영역(306b)으로 패터닝된 마스크이다. 즉, 차단 영역(306b)은 후속하는 공정에서 조사되는 에너지를 선택적으로 마스킹(차단)하는 영역으로서 기능한다.

이어서, 마스크의 배면 방향에서 에너지(예컨대, 원자외선)를 조사함으로써, 일 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 초소수성 패턴층(304)의 일부(마스크의 투과 영역에 대향하는 부분)를 친수성 패턴층(304a)으로 변화시킨다.

즉, 초소수성 패턴층(304)을 구성하는 화학구조를 변화시켜 표면 물성을 친수성으로 변화시킨다. 다시 말해, 초소수성 표면의 원하는 영역을 표면 젖음 특성을 갖는 친수성으로 변화시킨다.

[실험 예1]

본 발명의 발명자들은 나노분말 분산형의 자외선 경화 수지를 이용하여 초소수성 표면을 제작하는 실험을 실시하였으며, 이하에서는 그 실험 결과에 대해 설명한다.

먼저, 188um 두께를 가진 PET 필름 위에 나노분말 분산형의 자외선 경화수지를 도포하였으며, 여기에서 나노분말 분산형의 자외선 경화수지는 40nm 직경을 가진 산화알루미늄 30 중량%, 1,4-hexanediol diacrylate가 70 중량%를 포함하며, 추가로 광개시제 2-hydro-2-methyl-1-phenyl-1-propane(Darocur1173, Ciba Specialty Chemicals)가 전체(산화알루미늄+1,4-hexanediol diacrylate=100 기준) 중량 대비 5 중량%가 포함된다.

다음에, 도포된 액상의 나노분말 분산형의 자외선 경화수지 위에 미리 준비된, 마이크로 사이즈의 패턴이 기 성형된 리지플렉스 몰드를 덮어 1bar 정도의 힘으로 가압하여 균일하게 몰딩한 후 몰드면 또는 PET 필름면을 통해 250~400nm 파장대를 가지는 자외선을 200mJ/cm2로 조사한 후, 리지플렉스 몰드를 경화 패턴 층으로부터 박리하였다.

다시, 마이크로 구조의 표면에 나노 크기의 요철(roughness)을 형성하기 위해 185nm 및 254 nm의 파장을 가지는 39W 원자외선(DUV)을 60분 동안 조사하였다. 이때, 원자외선 조사에 의해 발생된 활성 산소에 의해 마이크로 구조를 구성하고 있는 유기층만이 분자 사슬의 끊어짐으로 식각되고, 이로 인해 나노분말이 마이크로 패턴 표면에 드러나게 된다. 이로써 마이크로 구조의 표면상에 나노 요철이 형성된 생체모방형 계층 구조체를 제작하였으며, 그 실험 결과를 전자현미경(SEM)으로 촬상한 사진이 도 4에 도시되어 있다.

이후, 제작된 계층 구조체의 표면을 낮은 표면 에너지를 가지는 플루오로알킬실란(fluoroalkylsilane) 용액으로 액상 SAM 처리하였으며, 표면 처리제로서는 희석제로서 퍼플루오로카본계 용매(perfluorocarbon fluid, FC-40, 3M Co., Ltd, USA) 65 중량%와 플루오로알킬실란계인 tridecafluoro - 1,1,2,2 - tetrahydrooctyl - 1 - triethoxysilane 35 중량%를 섞어 사용하였다. 처리 방법은 나노분발이 노출된 계층 구조체의 표면을 액상 SAM 용액에 10분 침적시킨 후 꺼내 어 120C 오븐에 10분 동안 열처리하여 희석제로 쓰인 퍼플루오로카본계 용매를 휘발시킴으로써, 실란이 표면에 노출된 산화알루미늄과 안정한 결합을 이루었다.

이와 같이 만들어진 표면을 Sessile-drop 방식으로 물에 대한 접촉각을 측정한 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 160도에 이르는 초소수성을 나타내었으며, 특히 물에 대한 반발 특성을 보여주는 접촉각 이력은 전진 접촉각(advancing contact angle)과 후진 접촉각(receding contact angle)을 측정한 후 그 차이 값으로 계산해 보면 1도 정도로 매우 낮은 값을 보임을 알 수 있었다.

도 6은 이러한 실험을 통해 제작한 생체모방형 계층 구조체로 이루어진 초소수성 표면에 물방울을 떨어뜨렸을 때 물이 젖지 않고 굴러 밖으로 벗어나는 물에 대한 반발 특성을 보여주기 위해 촬상한 사진이다.

[실험 예2]

먼저, 상술한 실험 예1을 통해 제작된 계층 구조를 가진 초소수성 표면을 템플레이트(Template)로 하여 단공정으로 동일한 구조를 가진 초소수성 표면을 제작하였으며, 템플레이트 상에 자외선 경화형 관능기인 아크릴레이트를 가지는 퍼플루오로폴리에테르계 올리고머를 포함하는 낮은 표면 에너지 자외선 경화 수지를 도포하였다.

그리고, 액상 수지 표면 위에 PET 필름을 올리고 1bar 정도의 힘으로 가압하여 균일 몰딩한 후 PET필름 배면으로 250~400nm 파장대를 가지는 자외선을 400mJ/cm2로 조사하여 경화시킨다. 사용된 낮은 표면 에너지 자외선 경화 수지의 조성은 trimethylolpropane triacrylate (M300, MIWON Commercial Co., Ltd, Korea) 20 중량%, tripropyleneglycol triacrylate (M220, MIWON Commercial Co., Ltd, Korea) 50 중량%, bifunctional perfluoropolyethers-urethane methacrylate 30 중량% (MD700, Solvay Solexis, Italy), 그리고 거기 총량에 대해 광개시제 2-Hydro-2-methyl-1-phenyl-1-propane를 (Darocur 1173, Ciba Specialty Chemicals, Switzerland) 5 중량%를 혼합하여 충분히 녹여 만들었다.

이후, 자외선 경화 후 경화된 표면으로부터 템플레이트를 제거하면 계층 구조를 가진 초소수성 표면이 완성된다. 도 7은 그 실험 결과를 촬상한 사진인 것으로, 이와 같이 단공정으로 만들어진 표면 역시 앞선 템플레이트와 동일한 계층 구조의 표면을 가지며, 표면의 초소수성 특성 역시 유사함을 알 수 있었다.

[실험 예3]

상술한 실험 예2에 제시하고 있는 바와 같이 앞서 단공정에 의해 만들어진 초소수성 표면을 원자외선(DUV)에 노출시키면 경화 표면층의 화학적 변화를 통해 친수성 표면으로 변화하게 된다.

도 8 및 도 9는 각각 원자외선 노출 후 변화된 표면 화학구조를 FT-IR로 분석한 결과의 그래프 및 그 표면의 물에 대한 접촉각 변화를 촬상한 사진이다.

도 10은 낮은 표면 에너지 자외선 경화 수지로 성형한 초소수성 표면에 SNU 라는 문자 문양의 스테인레스 스틸(SUS)로 된 새도우 마스크를 올리고 원자외선(DUV)에 30분 노출시킨 후 검정색 물감으로 젖음 특성을 관찰한 디지털카메라 사 진이다.

본 발명자들은 원자외선에 노출된 표면이 물감에 완전히 젖음 특성을 보이는 반면에 SNU라는 스테인레스 스틸(SUS)로 가려진 부위는 여전히 초소수성으로 인한 비젖음 특성을 보이고 있음을 알 수 있었으며, 이를 통해 원하는 영역에 선택적인 젖음 특성 구현이 가능함을 알 수 있었다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1a 내지 1e는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,

도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,

도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 제조된 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면의 일부를 선택적으로 친수화시키는 과정을 도시한 공정 순서도,

도 4는 마이크로 구조의 표면상에 나노 요철이 형성된 생체모방형 계층 구조체를 제작한 실험 결과를 촬상한 사진,

도 5는 실험을 통해 제작한 표면을 Sessile-drop 방식으로 물에 대한 접촉각을 측정한 실험 결과를 촬상한 사진,

도 6은 실험을 통해 제작한 생체모방형 계층 구조체로 이루어진 초소수성 표면에서의 물 반발 특성 결과를 촬상한 사진,

도 7은 자외선 경화 후 경화된 표면으로부터 템플레이트를 제거하여 계층 구조를 가진 초소수성 표면을 완성한 실험 결과를 촬상한 사진,

도 8 및 도 9는 각각 원자외선 노출 후 변화된 표면 화학구조를 FT-IR로 분석한 결과의 그래프 및 그 표면의 물에 대한 접촉각 변화를 촬상한 사진,

도 10은 낮은 표면 에너지 자외선 경화 수지로 성형한 초소수성 표면에 새도우 마스크를 올리고 원자외선(DUV)에 노출시킨 후 검정색 물감으로 젖음 특성을 관찰한 카메라 사진.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

102, 208, 302 : 기판 104 : 수지 패턴

106 : 몰드 108, 204 : 패턴

202 : 템플레이트 206 : 패턴층

304 : 초소수성 패턴층 304a : 친수성 패턴층

Claims (19)

1. 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면을 제조하는 방법으로서,

   기판 상에 나노분말 분산형의 자외선 경화 수지를 형성하는 과정과,

   상기 자외선 경화 수지의 상부에 패턴이 형성된 몰드의 패턴면을 접촉시키는 과정과,

   자외선를 가하여 상기 자외선 경화 수지를 경화시키는 과정과,

   상기 기판으로부터 상기 몰드를 탈거하는 과정과,

   상기 자외선 경화 수지의 패턴화된 경화 표면에 원자외선을 가하여 상기 경화 표면에서의 나노분말을 노출시키는 과정과,

   자기조립 모노레이어(SAM)를 이용하여 상기 패턴화된 경화 표면을 표면 처리하는 과정

   을 포함하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자외선 경화 수지는, 자외선 경화형 아크릴레이트 올리고머, 반응성 희석제, 광개시제 및 나노분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 나노분말은, 알루미나(Al₂O₃), 산화티탄(TiO₂), 실리카(SiO₂)와 같은 금속산화물 또는 무기산화물 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰드의 패턴은 프리즘 또는 피라미드 형태의 마이크론 오더 크기의 패턴 어레이인 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 몰드는, 유기 또는 무기 몰드인 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 자외선은, 상기 몰드 또는 기판의 배면을 투과하는 형태로 가해지는 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 노출 과정은, 상기 원자외선을 가하여 상기 경화 표면의 유기물을 선택 식각함으로써, 상기 경화 표면에 있는 나노분말의 표면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 원자외선은, 300nm 이하의 파장을 가지는 자외선 조사를 통해 발생하는 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 표면 처리를 위한 표면 처리제는, 불소기를 함유한 실란계 화합물 또는 불소를 함유한 클로라이드계 화합물인 것을 특징으로 하는 생체모방형 계층 구조의 초소수성 표면 제조 방법.
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