KR101207841B1 - 초소수성 표면구조를 갖는 미세입자의 제조방법 및 이를 기판에 코팅하는 방법 - Google Patents

초소수성 표면구조를 갖는 미세입자의 제조방법 및 이를 기판에 코팅하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초소수성 (superhydrophobic) 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 평평하거나 유연한 기판에 코팅하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매 또는 광중합분산매 또는 휘발성분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 기판에 코팅하는 방법에 관한 것이다. 또한 광경화성 또는 휘발성 분산매에 분산시킬 경우에는 자외선 조사 또는 도포된 용액을 증발시켜 필름을 형성하는 단계를 추가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 초소수성 미세입자가 도포된 기판은 구형 미세입자를 어떠한 표면에도 구현할 수 있다. 또한 본 발명은 종래의 기판 제조방법 보다도 공정이 간단하여 경제적이다.

Description

초소수성 표면구조를 갖는 미세입자의 제조방법 및 이를 기판에 코팅하는 방법{Method for fabrication of microparticles with superhydrophobic surface structures and coating them on substrates}
본 발명은 초소수성(superhydrophobic) 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 평평하거나 유연한 기판에 코팅하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성(superhydrophobic) 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 기판에 코팅하는 방법에 관한 것이다.
최근 과학기술의 비약적인 발전에 힘입어 많은 기능성 재료들이 개발되고 있다. 이러한 기능성 재료들은 각각의 사용목적에 맞게 제작되어 특정한 환경에서 사용되고 있다. 그러나 많은 재료들이 사용 환경에 장시간 노출됨에 따라 물리적 또는 화학적, 생물적으로 표면에 손상을 입게되고 그 결과 처음의 기능을 잃게 되는 문제점이 있었다. 가장 일반적인 예로 대기중의 수분이나 미세먼지, 생물체 등에 인해 물질의 표면특성을 잃는 경우 등이 있다. 따라서 오늘날 많은 연구자들이 이런 재료들을 외부환경으로부터 보호하려는 시도를 하고 있다. 상기 문제들을 해결하기 위해 가장 많이 시도되고 있는 방법은 재료의 표면을 초소수성 특성을 갖도록 처리하는 것이다. 초소수성 표면처리를 하게 되면 대기중의 수분에 의한 김서림 문제나 생물체에 의한 바이오파울링 현상을 방지할 수 있다. 또한 물방울이 표면에 젖지 못하고 굴러 떨어짐에 따라 표면의 미세먼지를 스스로 제거해 줄 수 있다. 이와 같은 이유로 오늘날 많은 과학자들이 다양한 방법으로 재료의 초소수성 표면 처리를 시도하고 있다.
종래의 초수소성 표면을 형성시키는 제조 방법은 고체 기판에 화학적 또는 물리적 처리를 통해 표면특성을 조절하는 방법이 쓰였으나 이는 제조 과정이 복잡하고, 공정 조건이 까다로우며, 재료의 표면에 불규칙적인 또는 규칙적인 거친 표면을 제조해야하는 문제점이 있었다. 또한 기판의 형태나 기판 재료의 특성에 따라 각기 표면특성을 제어하는 방법을 고안해야하기 때문에 모든 종류의 재료에 대해 원하는 표면특성을 쉽게 얻는 것에 어려움이 있었다.
초소수성 표면을 제조하는 방법은 소수성 화학물질을 코팅하거나 평평한 고체 표면에 나노 크기 또는 마이크로 크기의 구조체를 형성시키는 방법을 사용한다. 초소수성 표면을 인위적으로 평평한 고체 표면에 구현하고자 하는 방법으로 불규칙적인 또는 규칙적인 거친 표면을 제조하는 방법이다. 콜로이드 분야에서 저명한 전문잡지인 Langmuir에 발표된 논문[Sung-Gyu Park, Su Yeon Lee, Se Gyu Jang and Seung-Man Yang, "Perfectly Hydrophobic Surfaces with Patterned Nanoneedles of Controllable Features," Langmuir, 26, 5295-5299 (2010)]에 따르면, 단층의 실리카 마이크로입자를 입자의 지름보다 큰 두께의 고분자 위에 제조하고, 고분자의 유리전이온도 이상으로 온도를 높혀서 입자를 고분자 층으로 함침 시킨다. 그 후에 입자를 제거시키고 SF6 기체의 플라즈마를 노출시키면 나노바늘 형태가 패턴화된 표면이 만들어지게 된다. 그러나 이러한 방법은 매우 큰 접촉각을 갖는 초수성을 고체 표면을 제조하기는 용이하나 고체 표면에만 적용 가능하기 때문에 유연한 기판이나 섞이지 않는 두 액체의 계면에는 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
최근에는 광중합 가능한 액적을 이용한 친수성과 소수성 표면을 갖는 야누스 미세입자 제조 방법이 개발되었다. 화학분야 최고의 국제학술지인 Angewandte Chemie International Edition에 발표된 논문[Shin-Hyun Kim, Su Yeon Lee, and Seung-Man Yang, "Janus Microspheres for Highly Flexible and Impregnable Water-Repelling Interface," Angewandte Chemie International Edition, 49, 2535-2538 (2010)]에 발표된 논문에 따르면 광중합 가능한 레진을 미세유체소자를 이용하여 계면활성제가 분산된 물상에서 균일한 크기의 액적으로 제조하고 이를 광중합함으로써 고분자 구형 미세입자를 제조하였다. 특히 계면에 있는 입자를 제거하고 SF6 플라즈마를 구형 미세입자에 노출시킴으로써 친수성과 소수성 표면을 각 반구에 형성시킬 수 있다. 이것은 물과 공기의 계면에서 야누스 미세입자 각각의 표면 특성에 따라 반구의 방향을 향하여 물 표면에 초소수성 장벽을 형성시킬 수 있다. 그러나 이러한 두 가지 표면 특성을 가지는 야누스 미세입자는 초소수성 표면을 만들기 위해서는 두 반구의 배향을 원하는 방향으로 배열시키는 과정이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명의 기본적인 목적은 초소수성 표면을 갖는 미세입자 제조하고 이를 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 광경화성 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계, (d) 상기 도포된 용액에 자외선을 조사하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 휘발성 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계, (d) 상기 도포된 용액이 증발하여 초소수성 미세입자층을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기본적인 목적은 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
전술한 본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조한 후, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조한 후, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 휘발성 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계, (d) 상기 도포된 용액을 증발시켜 초소수성 미세입자층을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명은 종래의 초소수성 표면을 제조하기 위한 표면의 화학적인 조성을 변화시키는 방법과 표면의 소수성 구조를 제작하는 방법에서 벗어나 기 제작된 초소수성 표면 구조를 갖는 구형 미세입자를 이용해서 어떤 표면에나 초소수성 표면을 구현할 수 있다. 따라서 평평하거나 유연한 기판에 초소수성 표면을 제작하는데 있어 제한조건이 없이 표면 처리가 가능하며 또한 기 제작된 초소수성 미세입자의 제조방법은 기존의 기판에 표면처리를 하는 방법에 비해 공정 조건이 매우 단순하고 공정 시간 또한 크게 줄일 수 있다.
도 1은 초소수성 표면을 가지는 미세입자를 제조하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 초소수성 미세입자가 분산된 광경화성 용매를 분사식 또는 스핀코팅으로 원하는 표면에 코팅하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 초소수성 미세입자가 분산된 휘발성 용매를 분사식 또는 스핀코팅으로 원하는 표면에 코팅하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 4는 제조된 초소수성 표면을 갖는 미세입자로 표면이 코팅된 광학현미경 사진이다.
도 5는 제조된 초소수성 표면을 갖는 미세입자로 표면이 코팅된 전자현미경 사진이다.
도 6은 제조된 초소수성 표면을 갖는 미세입자로 코팅된 표면에 맺힌 물방울 사진이다.
도 7은 제조된 초소수성 표면을 갖는 미세입자로 코팅된 표면에 맺힌 물방울의 단면 사진이다.
도 8은 소수성 나노구조를 갖지 않은, 매끈한 표면을 갖는 미세입자에 RIE 처리 후, 기판에 도포한 뒤 기판에 맺힌 물방울의 단면 사진이다.
본 발명은 초소수성 미세입자를 이용한 표면 코팅 방법을 나타낸다.
본 발명은 초소수성 미세입자를 이용하여 평평한 기판 또는 유연한 기판에 코팅하는 표면 코팅 방법을 나타낸다.
상기에서 초소수성 미세입자의 크기가 5㎛ 내지 1mm인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자가 다공성 구조를 가지는 것을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 구조를 가지는 초소수성 미세입자가 표면에 소수성 화학물질이 표면처리 되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자의 표면이 소수성 나노구조로 형성된 것을 사용할 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자가 고분자 재료일 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자가 아크릴레이트기를 포함하는 고분자일 수 있다.
본 발명은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계,
(b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시키는 단계,
(c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 나타낸다.
상기에서 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포는 스핀코팅에 의해 실시할 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포는 기판에 분사식의 방법에 의해 도포할 수 있다.
본 발명은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계,
(b) 상기 초소수성 미세입자를 광경화성 분산매에 분산시키는 단계,
(c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계,
(d) 상기 도포된 용액에 자외선을 조사하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 나타낸다.
상기에서 광경화성 분산매가 아크릴레이트기를 포함하는 고분자 일 수 있다.
상기에서 초소수성 미세입자가 분산된 광경화성 분산매는 상기 초소수성 미세입자를 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 상기 광경화성 분산매를 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함할 수 있다.
본 발명은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계,
(b) 상기 초소수성 미세입자를 휘발성 분산매에 분산시키는 단계,
(c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계,
(d) 상기 도포된 용액을 증발시켜 초소수성 미세입자층을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 나타낸다..
상기에서 초소수성 미세입자가 분산된 휘발성 분산매는 상기 초소수성 미세입자를 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 상기 휘발성 분산매를 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함할 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 기본적인 목적은 초소수성 표면을 갖는 미세입자 제조하고 이를 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 초소수성 표면 구조를 갖는 미세입자의 크기는 5㎛ 내지는 1mm인 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 초소수성 표면 구조를 갖는 미세입자는 다공성 구조나 소수성 화학물질이 도입되어 초소수성 특성을 띌 수 있다. 또한 본 발명의 초소수성 표면 구조를 갖는 미세입자는 미세입자 표면의 전체적 또는 부분적으로 초소수성을 띌 수 있다.
상기 초소수성 표면 구조를 갖는 미세입자는 콜로이드 입자가 분산된 광경화성 고분자를 자외선을 통해 경화시키고 콜로이드 입자를 선택적으로 제거함으로써 얻어진 다공성 미세입자에 반응성 이온 식각 공정을 이용하여 다공성을 높임과 동시에 소수성 화학물질로 미세입자의 표면을 처리해 줌으로써 달성 될 수 있다.
상기 초소수성 미세입자는 상기 콜로이드 입자를 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 상기 고분자를 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 콜로이드 입자가 분산되는 고분자는 광경화된 고분자로서, 콜로이드 입자가 분산되고 광경화될 때 자발적으로 콜로이드 입자가 상기 고분자 표면에 고르게 걸쳐질 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 아크릴레이트기를 포함하는 광경화된 고분자가 사용될 수 있다. 콜로이드 입자는 실리카, 이산화티탄, 폴리스타이렌 또는 폴리메틸메타클릴레이트로부터 선택될 수 있다. 또한 상기 콜로이드 입자의 크기는 20nm 내지 10㎛인 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 초소수성 미세입자가 분산된 분산매는 상기 초소수성 미세입자가 잘 분산될 수 있는 물질이면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 방법은 기판에 균일하게 도포하는 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 스핀코팅이나 분사식을 이용할 수 있다.
전술한 본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조한 후, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 광경화성 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계, (d) 상기 도포된 용액에 자외선을 조사하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 광경화성 분산매는 초소수성 미세입자가 잘 분산될 수 있는 용액이면 제한없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 아크릴레이트기를 포함하는 광경화된 고분자가 사용될 수 있다.
상기 초소수성 미세입자가 분산된 광경화성 분산매는 상기 초소수성 미세입자를 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 상기 광경화성 분산매를 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함하는 것이 바람직하다. 초소수성 미세입자가 5％(v/v) 이내일 경우 기판에 도포시 초소수성 미세입자가 고르게 도포 되지 않아 표면이 초소수성 특성을 띄는데 한계가 있다. 또한 초소수성 미세입자가 70％(v/v)일 경우 용액의 점도가 너무 높아 표면에 고르게 미세입자를 분포시키는데 어려움이 있다. 또한 광경화성 분산매가 95％(v/v)를 초과하는 경우 기판에 도포시 초소수성 미세입자가 고르게 도포 되지 않아 표면이 초소수성 특성을 띄는데 한계가 있다. 또한 광경화성 분산매가 30％(v/v) 이내일 경우 용액의 점도가 너무 높아 표면에 고르게 미세입자를 분포시키는데 어려움이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 콜로이드 입자에 의해 형성된 구조를 갖는 미세입자를 제조한 후, 입자를 제거하고 반응성 식각 공정을 통해 초소수성 표면을 갖는 미세입자를 제조하는 단계, (b) 상기 초소수성 미세입자를 휘발성 분산매에 분산시키는 단계, (c) 상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계, (d) 상기 도포된 용액을 증발시켜 초소수성 미세입자층을 형성하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 휘발성 분산매는 초소수성 표면 구조를 갖는 미세입자가 잘 분산될 수 있는 용액이면 제한없이 사용될 수 있다.
상기 초소수성 미세입자가 분산된 휘발성 분산매는 상기 초소수성 미세입자를 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 상기 휘발성 분산매를 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함하는 것이 바람직하다. 초소수성 미세입자가 5％(v/v) 이내일 경우 기판에 도포시 초소수성 미세입자가 고르게 도포되지 않아 표면이 초소수성 특성을 띄는데 한계가 있다. 또한 초소수성 미세입자가 70％(v/v)일 경우 용액의 점도가 너무 높아 표면에 고르게 미세입자를 분포시키는데 어려움이 있다. 또한 휘발성 분산매가 95％(v/v)를 초과하는 경우 기판에 도포시 초소수성 미세입자가 고르게 도포되지 않아 표면이 초소수성 특성을 띄는데 한계가 있다. 또한 휘발성 분산매가 30％(v/v) 이내일 경우 용액의 점도가 너무 높아 표면에 고르게 미세입자를 분포시키는데 어려움이 있다.
상기 형성된 초소수성 미세입자층은 단층 또는 복층구조를 가질 수 있다.
이하, 다음의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 및 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위를 이들에 기재된 내용에 한정하거나 제한적으로 해석하고 자 하는 것은 아니다.
<실시예 1> 광경화성 분산매에 분산된 초소수성 미세입자의 스핀코팅 이용한 초소수성 기판 제작
스토버-핑크-본 방법으로 제조한 400nm 크기의 실리카 입자를 ETPTA에 부피비 1:9로 분산시킨 분산액 1ml를, 1wt％ Pluronic F108(계면활성제) 수용액 10ml에 도입하였다. 상기 혼합물을 흔들어 준 후 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 이렇게 얻은 광결정 혼합물을 증류수로 세척하여 상기 계면활성제를 제거한 후 건조하였다.
상기 구형 광결정을 5wt％ HF 용액에 넣고 6시간 동안 방치하여 실리카 입자를 제거한 후 RIE 챔버에 넣어 SF6 가스를 이용하여 식각하였다. 이렇게 제조된 초소수성 미세입자를 30％(v/v) 농도로 ETPTA에 분산시킨 후 웨이퍼 기판에 1000rpm으로 스핀코팅하여 초소수성 미세입자를 도포하였다. 상기 도포된 초소수성 미세입자와 ETPTA 혼합물에 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 그 결과 초소수성 미세입자가 기판에 고르게 분포된 채로 ETPTA 분산상에 고정되었다. 도포된 초소수성 미세입자를 광학현미경과 전자현미경을 통해 관찰하였다(도 4, 5).
상기 초소수성 미세입자가 도포된 기판에 물방울을 떨어뜨려 관찰하였다(도 6, 7). 소수성 나노구조를 갖지않는 미세입자가 도포된 기판(도 8)과 비교했을 때 친수성을 띄는 기판이 초소수성 미세입자가 도포되자 초소수성을 띄는 것을 물방울의 모양을 통해 확인할 수 있었다.
<실시예 2> 광경화성 분산매에 분산된 초소수성 미세입자의 분사식을 이용한 초소수성 기판 제작
스토버-핑크-본 방법으로 제조한 400nm 크기의 실리카 입자를 ETPTA에 부피비 1:9로 분산시킨 분산액 1ml를, 1wt％ Pluronic F108(계면활성제) 수용액 10ml에 도입하였다. 상기 혼합물을 흔들어 준 후 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 이렇게 얻은 광결정 혼합물을 증류수로 세척하여 상기 계면활성제를 제거한 후 건조하였다.
상기 구형 광결정을 5wt％ HF 용액에 넣고 6시간 동안 방치하여 실리카 입자를 제거한 후 RIE 챔버에 넣어 SF6 가스를 이용하여 식각하였다. 이렇게 제조된 초소수성 미세입자를 30％(v/v) 농도로 ETPTA에 분산시킨 후 40psi의 압력으로 노즐을 통해 기판에 분사하였다. 상기 도포된 초소수성 미세입자와 ETPTA 혼합물에 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 그 결과 초소수성 미세입자가 기판에 고르게 분포된 채로 ETPTA 분산상에 고정되었다. 상기 제작된 기판의 초소수성 특성은 실시예 1과 동일하게 나타남을 확인하였다.
<실시예 3> 휘발성 분산매에 분산된 초소수성 미세입자의 스핀코팅을 이용한 초소수성 기판 제작
스토버-핑크-본 방법으로 제조한 400nm 크기의 실리카 입자를 ETPTA에 부피비 1:9로 분산시킨 분산액 1ml를, 1wt％ Pluronic F108(계면활성제) 수용액 10ml에 도입하였다. 상기 혼합물을 흔들어 준 후 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 이렇게 얻은 광결정 혼합물을 증류수로 세척하여 상기 계면활성제를 제거한 후 건조하였다.
상기 구형 광결정을 5wt％ HF 용액에 넣고 6시간 동안 방치하여 실리카 입자를 제거한 후 RIE 챔버에 넣어 SF6 가스를 이용하여 식각하였다. 이렇게 제조된 초소수성 미세입자를 30％(v/v) 농도로 에탄올에 분산시킨 후 웨이퍼 기판에 1000rpm 으로 스핀코팅하여 초소수성 미세입자를 도포하였다. 그 후 에탄올을 상온에서 서서히 증발시켜 초수수성 미세입자만 남도록 하였다. 그 결과 기판위에 초소수성 미세입자가 고르게 분포되어 있음을 확인하였다. 상기 제작된 기판의 초소수성 특성은 실시예 1과 동일하게 나타남을 확인하였다.
<실시예 4> 휘발성 분산매에 분산된 초소수성 미세입자의 분사식을 이용한 초소수성 기판 제작
스토버-핑크-본 방법으로 제조한 400nm 크기의 실리카 입자를 ETPTA에 부피비 1:9로 분산시킨 분산액 1ml를, 1wt％ Pluronic F108(계면활성제) 수용액 10ml에 도입하였다. 상기 혼합물을 흔들어 준 후 수은 아크등(mercury arc lamp)을 사용하여 40mW/cm2의 자외선을 10초간 조사하여 경화시켰다. 이렇게 얻은 광결정 혼합물을 증류수로 세척하여 상기 계면활성제를 제거한 후 건조하였다.
상기 구형 광결정을 5wt％ HF 용액에 넣고 6시간 동안 방치하여 실리카 입자를 제거한 후 RIE 챔버에 넣어 SF6 가스를 이용하여 식각하였다. 이렇게 제조된 초소수성 미세입자를 30％(v/v) 농도로 에탄올에 분산시킨 후 40psi의 압력으로 노즐을 통해 기판에 분사하였다. 그 후 에탄올을 상온에서 서서히 증발시켜 초수수성 미세입자만 남도록 하였다. 그 결과 기판위에 초소수성 미세입자가 고르게 분포되어 있음을 확인하였다. 상기 제작된 기판의 초소수성 특성은 실시예 1과 동일하게 나타남을 확인하였다.
본 발명의 초소수성(superhydrophobic) 표면을 갖는 미세입자를 제조하고 이를 평평하거나 유연한 기판에 코팅하는 방법은 자동차의 표면이나 건물의 외벽, 옥외 광고물, 공기필터장비 등 장시간 미세먼지에 노출되어 표면이 오염되거나 기능 저하 우려가 있는 물질 등에 응용되어 미세먼지의 자가세정이 가능한 코팅재료로 이용될 수 있다. 또한 건물이나 자동차의 유리창 등에 김서림 방지용 코팅재료로 이용될 수 있다. 또한 여러 산업 공정에서 사용되는 기능성 재료 중 바이오파울링 현상이 문제가 되는 어떠한 재료에도 쉽게 코팅하여 바이오파울링 현상을 방지하는데 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. (a)콜로이드 입자가 분산된 광경화성 고분자를 자외선을 통해 경화시킨 후 상기 콜로이드 입자를 선택적으로 제거하여 얻어진 다공성 미세입자에 반응성 이온 식각 공정을 실시하여 다공성을 높임과 동시에 소수성 화학물질로 미세입자의 표면을 처리하여 초소수성 미세입자를 얻는 단계;
    (b)상기 초소수성 미세입자를 분산매에 분산시켜 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 얻는 단계,
    (c)상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 도포하는 단계를 포함하는 초소수성 미세입자를 기판에 코팅하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초소수성 미세입자의 크기가 5㎛ 내지 1mm인 것임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    콜로이드 입자는 실리카, 이산화티탄, 폴리스타이렌 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    광경화성 고분자는 아크릴레이트기를 포함하는 광경화성 고분자 임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    광경화성 고분자는 에톡시레이티드트리메틸롤프로판트라아크릴레이트(ethoxylatedtrimethylolpropanetriacrylate, ETPTA) 임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    콜로이드 입자가 분산된 광경화성 고분자는 콜로이드 입자 5％(v/v) 내지 70％(v/v), 광경화성 고분자 95％(v/v) 내지 30％(v/v) 포함되는 것 임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    분산매는 광경화성 분산매 또는 휘발성 분산매인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    광경화성 분산매는 아크릴레이트기를 포함하는 광경화성 고분자이고, 휘발성 분산매는 에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 스핀코팅 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 기판에 분사식으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    (b)단계는 상기 초소수성 미세입자 5％(v/v) 내지 70％(v/v)를 분산매로서 광경화성 분산매 30％(v/v) 내지 95％(v/v)에 분산시켜 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (b)단계는 상기 초소수성 미세입자 5％(v/v) 내지 70％(v/v)를 분산매로서 휘발성 분산매 30％(v/v) 내지 95％(v/v)에 분산시켜 초소수성 미세입자가 분산된 용액을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
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