KR101313388B1

KR101313388B1 - 나노입자를 이용한 구조 제조

Info

Publication number: KR101313388B1
Application number: KR1020117019969A
Authority: KR
Inventors: 광렬 이
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2013-10-01
Also published as: JP5583752B2; JP2012521306A; KR20110107867A; US8029869B2; WO2011004993A1; US20110008549A1

Abstract

전하의 인가에 기초하여 나노입자를 수집 및 이전하고, 나노입자를 포함한 구조물을 제조하는 장치 및 방법이 개시된다. 제1 극성을 가진 나노입자는 제1 극성과 반대되는 극성을 가진 전하가 입자 수집 장치의 평평한 표면에 인가된 때 상기 평평한 표면으로 이전된다. 일 실시예로서 나노입자는 다른 전하를 인가함으로써 평평한 표면으로부터 베이스 판으로 이전된다.

Description

나노입자를 이용한 구조 제조{STRUCTURE FABRICATION USING NANOPARTICLES}

본 발명은 나노입자로부터 구조물을 제조하기 위한 장치 및 기법에 관한 것이다.

나노기술은 나노미터(즉, 10억분의 1 미터) 규모로 물질 및 디바이스를 조작 및 제조하는 분야를 말한다. 수백 나노미터 이하의 크기를 가진 구조물(즉, 나노구조물)은 광학, 전자 및 자기 응용을 비롯한 광범위한 응용에서 많은 새로운 디바이스를 생성할 수 있는 잠재성 때문에 주목을 받고 있다. 나노구조물은 바람직한 광학적, 전기적 및/또는 기계적 특성을 가진 더 작고 더 가볍고 및/또는 더 강한 디바이스를 제조하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 그러한 디바이스를 성공적으로 실현하기 위해서는 중요한 문제점을 극복하여야 한다. 물질의 특성 및 구조를 나노규모로 제어하기 위한 새롭고 개선된 도구가 필요하다. 또한, 그러한 물질을 나노구조물로 조립하고 나노구조물을 더 복잡한 디바이스로 조립하기 위한 새롭고 개선된 도구가 필요하다.

나노입자로부터 구조물을 제조하는 기법 및 나노입자로부터 구조물을 제조하기 위한 장치가 제공된다.

일 실시예에 있어서, 나노입자로부터 구조물을 제조하기 위해 적어도 하나의 장치의 제어하에 수행되는 방법은 일부분에 평평한 표면을 가진 입자 수집 장치 부근에서 제1 극성으로 전기적으로 대전된 복수의 나노입자를 공급하는 단계와, 일부분에 평평한 표면을 가진 입자 수집 장치의 평평한 표면을 전기적으로 대전하는 단계와, 공급된 나노입자를 입자 수집 장치의 평평한 표면의 적어도 일부에서 수집하기 위해 입자 수집 장치의 평평한 표면을 제1 극성과 반대되는 제2 극성으로 전기적으로 대전하는 단계와, 입자 수집 장치의 평평한 표면을 베이스 구조물에 나란하게 배치하는 단계와, 입자 수집 장치의 평평한 표면에 수집된 나노입자를 베이스 구조물의 적어도 일부분으로 이전하는 단계를 포함한다.

전술한 실시예는 단지 설명을 위한 것이지 어떠한 방식으로든 제한하는 의도는 없다. 위에서 설명한 예시적인 태양, 실시예 및 특징들 외에, 추가의 태양, 실시예 및 특징들이 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 명백하게 될 것이다.

도 1은 구조물 제조 장치의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2A는 도 1의 입자 수집 유닛의 예시적인 실시예의 투시도이고, 도 2B는 도 1의 입자 수집 유닛의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 3은 원형 전극을 가진 입자 수집 유닛의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 4는 L자형 전극을 가진 입자 수집 유닛의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 5는 구조물을 제조하는 방법의 예시적인 실시예의 흐름도이다.
도 6A 내지 도 6D는 도 5에 도시된 방법의 일부를 나타내는 일련의 도면이다.
도 7은 구조물 제조 장치의 다른 예시적인 실시예를 나타낸 도이다.
도 8은 구조물을 제조하는 방법의 다른 예시적인 실시예의 흐름도이다.
도 9A 내지 도 9F는 도 8에 도시된 방법의 일부를 나타내는 일련의 도면이다.

이제, 이 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조하여 이하에 상세한 설명이 기재된다. 도면에 있어서, 유사한 참조 번호는 명세서에서 다르게 설명하지 않는 한 유사한 구성 요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에서 설명하는 예시적인 실시예는 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 제시하는 주제의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 다른 변화를 줄 수도 있다. 여기에서 일반적으로 설명하고 도면에 도시한 본 개시의 태양들은 다양한 다른 구성으로 배열되고 대체되고 결합되고 분리되고 설계될 수 있음을 쉽게 이해할 것이며, 이 모든 것들은 여기에서 명백하게 기대된다.

광범위한 응용을 가진 많은 새로운 디바이스를 생성하기에 적합한 나노구조물과 같은 소규모 구조물은 그들의 사이즈가 작기 때문에 제조하기가 어렵다. 이러한 나노구조물을 제조함에 있어서 분자 또는 클러스터(즉, 나노입자)의 효과적인 조작이 사용될 수 있다. 이 개시에서 설명하는 기술은 나노입자를 수집하여 베이스 구조물의 소정의 위치로 이전하기 위해 전계를 사용할 수 있다. 베이스 구조물에 이전된 나노입자들은 베이스 구조물에서 소망하는 구조물을 얻기 위해 추가로 처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 이전된 나노입자는 추가로 처리되어 베이스 구조물에서 하나 이상의 박막을 형성할 수 있다.

도 1은 구조물 제조 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 보여주는 도이다. 도 2A 및 도 2B는 각각 도 1의 입자 수집 유닛의 예시적인 실시예의 투시도 및 평면도이다. 도 1을 참조하면, 구조물 제조 장치(100)는 전기적으로 대전된 복수의 나노입자를 공급하도록 구성된 입자 공급 유닛(110)과, 입자 수집 유닛(120)과, 입자 공급 유닛(110)에 의해 공급된 나노입자들을 입자 수집 유닛(120)의 전기적으로 대전된 부분에서 수집하기 위해 입자 수집 유닛(120)의 적어도 일부분을 전기적으로 대전하도록 구성된 전기 대전 유닛(130)과, 입자 수집 유닛(120)에 의해 수집된 나노입자들을 베이스 구조물로 이전하기 위해 입자 수집 유닛(120)을 소정의 위치 및/또는 장소(예를 들면, 베이스 구조물에 인접한 위치)로 이동 및 배치하도록 구성된 조작 유닛(140)과, 베이스 구조물로 이전된 나노입자들을 처리하여 베이스 구조물 위에서 소정의 목표 구조물을 형성하도록 구성된 후처리 유닛(150)을 포함하고 있다.

여기에서 사용하는 용어인 나노입자는 3 공간 차원 중 적어도 하나에서 사이즈가 약 0.1 nm 내지 약 1000 nm인 입자로 이해된다. 나노입자는 다양한 형상을 가질 수 있다(예를 들면, 구형, 디스크형, 봉형 또는 관형). 나노입자 물질로서는 유기 물질과 무기 물질이 모두 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 나노입자는 하나 이상의 금속(예를 들면, 철, 니켈, 코발트, 인듐, 주석 또는 아연) 및/또는 금속 화합물(예를 들면, 금속 산화물, 금속 칼코겐화물 또는 금속 수산화물)로 이루어질 수 있다. 금속 산화물의 예로는, 비제한적인 예를 들자면, 인듐 산화물, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 아연 주석 산화물(ZTO)이 있다. 다른 실시예에 있어서, 나노입자는 하나 이상의 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체 물질의 예로는, 비제한적인 예를 들자면, 규소, 탄화규소, 비화갈륨, 또는 인화인듐이 있다. 일 실시예에 있어서, 나노입자는 천연적으로 양극 또는 음극 표면 전하를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 나노입자는 계면활성제 또는 리간드(ligand)로 코팅되어 그 위에 표면 전하를 생성할 수 있다.

입자 공급 유닛(110)은 이 기술 분야에서 알려져 있는 하나 이상의 각종 공지 기술을 이용하여 입자 수집 유닛(120)의 평평한 표면에 양극으로 또는 음극으로 대전된 나노입자를 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 기술들의 예로는, 비제한적인 예를 들자면, 스프레이(spraying), 담그기(dipping) 또는 회전시키기(spinning)가 있다. 스프레이의 예에 있어서, 입자 공급 유닛(110)은 복수의 나노입자를 포함하는 용액을 입자 수집 유닛(120)을 향하여 공기적으로(aerobically) 뿌리도록 구성된 스프레이 유닛을 포함할 수 있다. 담그기 예에 있어서, 입자 공급 유닛(110)은 복수의 나노입자를 포함한 용액을 보유하고 그 내부에 입자 수집 유닛(120)을 수용하도록 구성된 용기, 및 선택적으로 상기 용기를 원하는 위치로 이동시키도록 구성된 운송 유닛을 포함할 수 있다. 회전시키기 예에 있어서, 입자 공급 유닛(110)은 복수의 나노입자를 포함한 용액을 입자 수집 유닛(120)의 일부 위에 스핀코드(spin-coat)하여 입자 수집 유닛(120)의 일부 위에 나노입자 용액의 균일한 박막을 형성하는 회전 유닛을 포함할 수 있다. 상기 용액은 그 점성을 증가시키기 위한 물질(예를 들면, 중합체 또는 당)을 포함할 수 있다. 스프레이, 담그기 또는 회전시키기 기술에 필요한 구체적인 구성은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 여기에서 추가로 설명할 필요없이 구현이 가능할 것이다.

입자 수집 유닛(120)은 입자 공급 유닛(110)에 의해 공급된 복수의 나노입자를 모으기 위한 평평한 표면을 포함하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도 2A 및 도 2B에 도시한 바와 같이, 입자 수집 유닛(120)은 기판(221)과, 상기 기판(221)상에 배치되고 그 위에 입자 공급 유닛(110)에 의해 공급된 양극으로 또는 음극으로 대전된 나노입자를 모으기 위한 평평한 표면을 가진 전극(222)을 포함할 수 있다. 기판(221)은 규소, 사파이어, 유리 및 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다. 전극(222)은 금속(예를 들면, 알루미늄, 규소, 구리, 금, 텅스텐, 몰리브데늄), 다결정 규소, 산화 금속(예를 들면, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 산화주석, 알루미늄 또는 인듐이 도핑된 산화 아연, 마그네슘 인듐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물), 질화 금속(예를 들면, 질화갈륨), 셀렌화 금속(예를 들면, 셀렌화 아연), 및 황화 금속(예를 들면, 황화 아연)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.

도 2A 및 도 2B와 관련하여 지금까지 설명한 입자 수집 유닛(120)은 직사각 형상의 전극(222)을 포함하고 있다. 그러나, 예시적인 실시예의 입자 수집 유닛은 임의의 다른 형상의 전극을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 입자 수집 유닛의 전극은 원형 또는 L자형 전극일 수 있다. 이와 관련하여, 도 3에는 기판(321)과 원형 전극(322)을 가진 입자 수집 유닛(320)의 예시적인 실시예의 평면도가 도시되어 있다. 또한, 도 4에는 기판(421)과 L자형 전극(422)을 가진 입자 수집 유닛(420)의 예시적인 실시예의 평면도가 도시되어 있다. 더 나아가, 도 2A, 2B, 3 및 4에 도시한 입자 수집 유닛은 하나의 전극을 구비하고 있지만, 예시적인 실시예의 입자 수집 유닛은 복수의 전극을 구비할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이 경우에, 복수의 전극은 각각 동일한 형상을 가질 수도 있고 다른 형상을 가질 수도 있다.

다시 도 1을 참조하면, 전기 대전 유닛(130)은 입자 수집 유닛(120)의 평평한 표면의 적어도 일부를 양극 또는 음극으로 선택적으로 전기적으로 대전시키도록 구성될 수 있다. 입자 수집 유닛(120)의 평평한 표면을 전기적으로 대전 및/또는 방전시킴으로써, 전기 대전 유닛(130)은 입자 수집 유닛(120)이 입자 공급 유닛(110)에 의해 공급된 전기적으로 대전된 나노입자들을 그 평평한 표면에 수집하고 수집된 나노입자들을 그 평평한 표면으로부터 다른 위치로 이전하게 할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전기 대전 유닛(130)은 입자 수집 유닛(120)의 평평한 표면을 전기적으로 대전/방전시키도록 배열된 하나 이상의 전원(예를 들면, 전압원), 하나 이상의 스위치 및/또는 하나 이상의 배선을 구비할 수 있다.

조작 유닛(140)은 비제한적인 예를 들자면 입자 수집 유닛(120)을 유지, 회전 및/또는 수평 방향으로, 수직 방향으로 및/또는 대각선 방향으로 이동시켜서 입자 수집 유닛(120)을 소정의 위치에 위치시키도록 구성된 임의의 운송 메카니즘(예를 들면, 로봇팔, 모터, 컨베이어 벨트, 또는 이들의 조합)을 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 조작 유닛(140)은 입자 수집 유닛(120)을 임의의 구조물(예를 들면, 베이스 구조물)의 표면과 나란하게 되도록 이동시켜서 전극(222) 및/또는 베이스 구조물이 적당한 방법으로 동작(예를 들면, 전기적으로 대전 및/또는 방전)하여 전극(222)의 평평한 표면에 수집된 전기적으로 대전된 나노입자들을 베이스 구조물의 표면으로 이전시키게 할 수 있다.

후처리 유닛(150)은 비제한적인 예를 들자면 소정의 목표 구조물(예를 들면, 나노입자 물질로 이루어진 박막)을 형성하도록 베이스 구조물에 이전된 나노입자들을 처리하기에 적합한 임의의 처리 메카니즘을 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 후처리 유닛(150)은 나노입자들을 가열하여 나노입자들을 응집성 덩어리(예를 들면, 박막)로 응집시키도록 구성된 가열 유닛을 구비할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 후처리 유닛(150)은 가열 처리중에 하나 이상의 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 추가로 구비할 수 있다. 예를 들면, 가스 공급 유닛은 산화 가스(예를 들면, 산소), 환원 가스(예를 들면, 수소, 일산화탄소), 및/또는 비활성 가스(예를 들면, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소)를 도입하여 가열 처리중에 적당한 분위기(예를 들면, 산화 분위기, 환원 분위기 또는 비활성 분위기)를 생성할 수 있다. 가열 처리중에 적당한 분위기를 생성함으로써, 나노입자의 물리적 구조 및/또는 화학적 조성이 소망의 특성을 갖도록 변경될 수 있다. 또한, 나노입자에 부착된 원치않은 물질(예를 들면, 계면활성제 또는 리간드)들이 제거될 수 있다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 여기에서 구체적으로 설명하지 않더라도 임의의 목표 구조물을 제조하기 위해 적당한 처리 조건(예를 들면, 가열 온도, 가열 시간 또는 가스 종류)에서 동작하도록 가열 유닛 및 가스 공급 유닛을 구성하는 데 어려움이 없을 것이다.

일부 실시예에서, 후처리 유닛(150)은 금속 이온을 포함한 용액을 베이스 구조물 위의 나노입자에 도포하도록 구성된 금속 이온 도포 유닛을 구비할 수 있다. 금속 이온은 금속 입자로 환원될 수 있고, 금속 입자는 서로 떨어져 있는 나노입자들을 베이스 구조물 상에 결합하여 나노입자들을 응집성 목표 구조물로 더욱 응집시키는데 조력할 수 있다. 금속 이온 도포 유닛은 금속 이온 용액을 나노입자에 도포하기 위해 이 기술 분야에서 알려져 있는 임의의 적당한 공지 기술(예를 들면, 스프레이 또는 스핀코팅)을 수행하도록 구성될 수 있다.

도 5는 구조물을 제조하는 방법의 예시적인 실시예를 보인 흐름도이다. 도 6A~6D는 도 5에 도시된 방법의 일부를 나타내는 일련의 도면이다. 도 5에 도시한 방법은 도 1에 도시한 것과 유사한 구조물 제조 장치에 의해 수행될 수 있다. 도 5를 참조하면, 블록 510에서, 음극으로 대전된 나노입자(660)(예를 들면, ITO 물질로 제조된 나노입자)가 도 6A에 도시된 것처럼 구조물 제조 장치의 입자 공급 유닛(도시 생략됨)에 의해 구조물 제조 장치의 입자 수집 유닛(620) 부근에 공급된다. 입자 수집 유닛(620)은 기판(621), 및 기판 위에 배치되고 평평한 표면을 가진 전극(622)을 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도 6A에 도시된 바와 같이, 나노입자(660)는 입자 수집 유닛(620)을 향해 나노입자(660)를 공기적으로 스프레이함으로써 입자 수집 유닛(620)에 공급될 수 있다. 그러나, 나노입자(660)는 이 기술 분야에서 공지된 다양한 다른 잘 알려진 기술들(예를 들면, 회전시키기, 스핀코팅) 중의 임의 기술을 이용하여 입자 수집 유닛(620)에 공급될 수 있다.

블록 520에서, 도 6B에 도시된 바와 같이, 입자 수집 유닛(620)의 전극(622)은 전극(622)의 평평한 표면상에 나노입자(660)를 수집하기 위해 구조물 제조 장치의 전기 대전 유닛(도시 생략됨)에 의해 양극으로 대전된다. 도 6B에서는 단지 1층의 나노입자(660)가 전극(622) 위에 수집되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 복수 층의 나노입자(660)가 전극(622)에 수집될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 블록 530에서, 도 6C에 도시된 바와 같이, 입자 수집 유닛(620)은 그 전극(622)의 평평한 표면이 베이스 구조물(670)의 표면과 나란하게 되도록 구조물 제조 장치의 조작 유닛(도시 생략됨)에 의해 소정의 위치로 이동된다. 베이스 구조물(670)은 이 방법에 의해 제조되는 목표 구조물에 대한 베이스로서 효과적으로 작용할 수 있는 임의의 물질로 제조될 수 있다.

블록 540에서, 도 6D에 도시된 바와 같이, 전극(622) 위에 수집된 나노입자(660)는 전극(622) 및/또는 베이스 구조물(670)을 대전 또는 방전시킴으로써 베이스 구조물(670)의 표면상으로 이전된다. 일 실시예에 있어서, 전극(622)은 전기 대전 유닛에 의해 음극으로 대전되어 전극(622)에 수집된 나노입자(660)들을 베이스 구조물(670)의 표면을 향하여 반발시킬 수 있다. 이 실시예에서, 선택적으로, 베이스 구조물(670)은 전기 대전 유닛에 의해 양극으로 대전되어 전극(622)으로부터 반발된 나노입자(660)들을 베이스 구조물(670)의 표면으로 이전시키는데 도움을 줄 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 전극(622)은 전기 대전 유닛에 의해 방전되고 베이스 구조물(670)은 전기 대전 유닛에 의해 양극으로 대전되어 전극(622)상의 나노입자(660)들을 베이스 구조물(670)의 표면으로 끌어당겨 이전시킬 수 있다.

블록 550에서, 베이스 구조물(670)로 이전된 나노입자(660)들은 구조물 제조 장치의 후처리 유닛에 의해 처리되어 베이스 구조물(670) 위에서 원하는 구조물 또는 목표 구조물을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 나노입자(660)들은 규정된 분위기(예를 들면, 산화 분위기, 환원 분위기 또는 비활성 분위기) 하에서 규정된 온도로 가열된다. 가열 처리의 예로는, 비제한적인 예를 들자면, 어닐링, 소결 또는 하소(calcining) 처리가 있다. 예를 들어서 나노입자(660)가 ITO 물질로 제조되고 베이스 구조물(670)이 유리로 제조된 경우, 나노입자(660)는 비활성 분위기 하에서 약 400℃ 내지 약 1000℃의 온도로 후처리 유닛의 가열 유닛에 의해 어닐링함으로써 ITO 물질로 제조된 나노입자(660)들을 베이스 구조물(670) 상에서 ITO 전극으로 응집시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 후처리 유닛의 금속 이온 도포 유닛이 베이스 구조물(670) 위의 나노입자(660)에 금속 이온을 포함한 용액을 도포함으로써 나노입자(660)를 ITO 전극과 같은 응집성 덩어리로 응집시키는데 조력할 수 있다. 앞서 설명한 처리 기술은 단지 설명을 위한 것이고, 각종의 공지된 처리 기술 중 어떤 기술을 사용하여도 좋다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 베이스 구조물(670) 상에서 소정의 목표 구조물을 형성하기 위해 적당한 공지의 처리 기술을 선택하는데 있어서 어려움이 없을 것이다.

이 기술에 숙련된 사람이라면, 상기 처리와 기타의 처리 및 여기에서 설명한 방법들에 대하여, 그러한 처리 및 방법에서 수행되는 기능들이 다른 순서로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 도 5에 도시한 방법과 관련한 일부 실시예에서, 블록 520의 동작은 블록 510의 동작 전에 수행될 수 있다. 또한, 도시된 단계 및 동작들은 단지 예로서 제공된 것이고, 그러한 단계 및 동작의 일부는 개시된 실시예의 본질을 훼손하지 않으면서 선택사항으로 할 수도 있고, 더 적은 단계 및 동작으로 결합될 수도 있으며, 또는 추가의 단계 및 동작으로 확장될 수도 있다.

지금까지 설명한 장치 및 방법은 소정의 전기적, 자기적, 광학적 및 기계적 특성을 가진 목표 구조물을 베이스 구조물 위에서 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치 및 방법들은 소정의 전도성, 유연성 및/또는 팽창률을 갖도록 정교하게 조정된 목표 구조물(예를 들면, 유리 위의 투명 전극)을 베이스 구조물 위에서 대량 생산하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 지금까지 설명한 장치 및 방법은 수집된 나노입자들이 이전되는 베이스 구조물 위에서 목표 구조물을 직접 제조하는 것이었지만, 본 개시에 따른 장치와 방법은 베이스 구조물이 그 자체에 이전된 나노입자들을 다른 베이스 구조물로 이전하기 위한 이전 매개물로서 작용하게 하는 방식으로 구현될 수도 있음을 이해해야 한다.

도 7은 구조물 제조 장치의 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 구조물 제조 장치(700)는 입자 공급 유닛(710), 입자 수집 유닛(720), 전기 대전 유닛(730), 제1 조작 유닛(740), 후처리 유닛(750) 및 제2 조작 유닛(760)을 포함하고 있다.

입자 공급 유닛(710), 입자 수집 유닛(720), 전기 대전 유닛(730), 제1 조작 유닛(740) 및 후처리 유닛(750)의 구조적 구성 및 기능은 각각 도 1에 도시된 입자 공급 유닛(110), 입자 수집 유닛(120), 전기 대전 유닛(130), 조작 유닛(140) 및 후처리 유닛(150)과 유사하다. 간단히 하기 위해, 유닛(710~750)들의 세부에 대해서는 더 설명하지 않는다.

제2 조작 유닛(760)은 (a) 입자 수집 유닛(720)으로부터 베이스 구조물로 이전에 이전된 베이스 구조물상의 복수의 나노입자들, 및/또는 (b) 후처리 유닛(750)에 의해 복수의 나노입자로부터 이미 만들어진 베이스 구조물 상의 목표 구조물을 제2 베이스 구조물로 이전하기 위해, 베이스 구조물을 소정의 위치로(예를 들면, 제2 베이스 구조물 부근으로) 유지 및 이동(예를 들면, 배치)시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 베이스 구조물은 제2 베이스 구조물의 물질보다 표면 에너지가 더 낮은 물질로 제조될 수 있다. 베이스 구조물의 물질로서 사용할 수 있는 낮은 표면 에너지의 적당한 물질로는, 비제한적인 예를 들자면, 규소, 산화규소, 석영, 유리 또는 탄성 중합체(예를 들면, 폴리디메틸실록산(PDMS))가 있다. 이 실시예에서, 제2 조작 유닛(760)은 그 상부 또는 내부의 베이스 구조물 및 목표 구조물을 제2 베이스 구조물과 접촉되게 이동시키고, 그 다음에 베이스 구조물을 제2 베이스 구조물로부터 분리시키도록 구성될 수 있다. 베이스 구조물은 표면 에너지가 제2 베이스 구조물보다 더 낮기 때문에, 제2 조작 유닛(760)에 의해 수행되는 상기 동작들은 베이스 구조물의 표면상의 나노입자 또는 나노입자로 만들어진 목표 구조물을 제2 베이스 구조물의 표면으로 이전시킨다. 베이스 구조물의 표면이 패턴화 표면인 경우에, 제2 구조물 상의 이전된 나노입자 또는 목표 구조물은 베이스 구조물의 패턴화 표면에 실질적으로 대응하는 패턴을 형성할 수 있다.

도 8은 구조물을 제조하는 방법의 다른 예시적인 실시예를 보인 흐름도이다. 도 9A~9F는 도 8에 도시한 방법의 일부를 나타내는 일련의 도면이다. 도 8을 참조하면, 블록 810에서, 음극으로 대전된 나노입자가 구조물 제조 장치의 입자 공급 유닛에 의해 구조물 제조 장치의 입자 수집 유닛에 공급된다. 도 9A는 기판(921), 및 복수의 나노입자(960)가 공급된 전극(922)을 구비한 입자 수집 유닛(920)의 횡단면도이다. 블록 820에서, 입자 수집 유닛(920)의 전극(922)은 전극(922)의 평평한 표면상에 나노입자(960)를 수집하기 위해 구조물 제조 장치의 전기 대전 유닛(도시 생략됨)에 의해 양극으로 대전된다. 블록 830에서, 도 9A에 도시된 바와 같이, 입자 수집 유닛(920)은 전극(922)의 평평한 표면이 베이스 구조물(970)의 패턴화 표면과 나란하게 되도록 구조물 제조 장치의 조작 유닛(도시 생략됨)에 의해 소정의 위치로 이동된다. 일 실시예에 있어서, 베이스 구조물(970)은 PDMS 물질로 제조될 수 있다.

블록 840에서, 도 9B에 도시된 바와 같이, 전극(922) 위에 수집된 나노입자(960)는 예컨대 음극으로 대전된 전극(922)에 의해 베이스 구조물(970)의 패턴화 표면상으로 이전된다. 블록 850에서, 베이스 구조물(970) 상의 과잉 나노입자(960a)는 제거된다. 이 점에서, 도 9B는 베이스 구조물(970)의 패턴화 표면상에 과잉 나노입자(960a)가 제거되기 전의 과잉 나노입자(960a)를 가진 베이스 구조물(970)을 도시한 것이고, 도 9C는 과잉 나노입자(960a)가 제거된 후의 베이스 구조물(970)을 도시한 것이다. 일 실시예에 있어서, 과잉 나노입자(960a)는 적당한 연마 장치를 이용하여 과잉 나노입자(960a)를 털어냄으로써 제거될 수 있다.

블록 860에서, 도 9D에 도시한 바와 같이, 베이스 구조물(970)의 패턴화 표면상의 나노입자(660)들은 구조물 제조 장치의 후처리 유닛에 의해 처리(예를 들면, 어닐링)되어 그로부터 목표 구조물을 형성할 수 있다. 블록 870에서, 베이스 구조물(970)의 패턴화 표면상의 목표 구조물(980)은 제2 베이스 구조물의 표면상으로 이전된다. 예를 들면, 도 9E에 도시한 바와 같이, 베이스 구조물(970)과 그 내부의 목표 구조물(980)은 제2 베이스 구조물(990)과 접촉되도록 구조물 제조 장치의 제2 조작 유닛(도시 생략됨)에 의해 이동될 수 있고, 그 후, 도 9F에 도시한 바와 같이, 베이스 구조물(970)이 제2 조작 유닛에 의해 제2 베이스 구조물(990)로부터 분리될 수 있다.

도 8에 도시된 단계 및 동작들은 단지 예로서 제공된 것이고, 그러한 단계 및 동작의 일부는 개시된 실시예의 본질을 훼손하지 않으면서 선택사항으로 할 수도 있고, 더 적은 단계 및 동작으로 결합될 수도 있으며, 또는 추가의 단계 및 동작으로 확장될 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에 있어서, 도 8의 블록 850 및/또는 860에 관한 동작들은 생략될 수 있다. 또한, 본 개시의 정신으로부터 벗어나지 않고, 블록 870과 관련해서 도 9E 및 도 9F를 참조하여 설명한 것과는 다른 공지의 기술을 이용할 수도 있다.

본 개시는 이 명세서에서 설명한 특수 실시예로 제한되는 것이 아니고, 상기 특수 실시예들은 각종 태양의 예시로서 의도된다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 각종의 수정 및 변화가 가능하다. 여기에서 열거한 것들 외에도, 본 개시의 범위 내에 있는 기능적으로 등가인 방법 및 장치는 이 기술에 숙련된 사람에게는 전술한 설명으로부터 명백할 것이다. 그러한 수정 및 범위는 첨부된 청구범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그 청구범위에 의해 주어지는 등가물의 전체 범위에 의해서만 제한된다. 본 개시는 변화가 가능한 특수한 방법, 시약, 화합물 조성 또는 생물학적 체계로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 여기에서 사용한 용어들은 특수 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 제한하는 의도는 없다.

여기에서 임의의 복수형 및/또는 단수형 용어를 사용하는 것과 관련해서, 이 기술에 숙련된 사람이라면 내용 및/또는 응용에 적절하게 복수형을 단수형으로 및/또는 단수형을 복수형으로 번역할 수 있다. 각종의 단수형/복수형의 변경은 명확성을 위해 여기에서 특별히 설명될 수 있다.

일반적으로, 이 명세서 및 특히 첨부된 청구범위(예를 들면, 청구범위의 본문)에서 사용된 용어들은 일반적으로 "개방" 용어로서 의도된다(예를 들면, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 제한하는 것은 아닌"으로서 해석되어야 하고, 용어 "가진"은 "적어도 가진"으로서 해석되어야 하며, 용어 "구비하는"은 "구비하지만 제한하는 것은 아닌"으로서 해석되어야 한다). 만일 도입된 청구항 인용의 특수한 번호가 의도되면, 그 의도는 청구범위에서 명시적으로 인용된 것이고 그러한 인용이 없다면 그러한 의도가 없는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어서, 이해를 돕기 위해, 뒤에서 첨부되는 청구범위는 청구범위 인용을 도입하기 위해 도입구 "적어도 하나" 및 "하나 이상의"를 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 구의 사용은 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구범위 인용의 도입이, 설령 동일한 청구항이 도입구 "하나 이상의" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an"과 같은 부정관사를 포함한다 하더라도, 그러한 도입 청구범위 인용을 내포하는 임의의 특수한 청구범위를 그러한 인용을 단지 하나만 내포한 실시예로 제한하는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다(예를 들면, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다). 청구범위 인용을 도입하기 위해 사용되는 정관사 사용의 경우에도 동일하다. 또한, 도입된 청구항 인용의 특수한 번호가 명시적으로 인용되는 경우, 그러한 인용은 적어도 인용된 번호를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 알 것이다(예를 들면, 다른 수식어 없이 "2개의 인용" 중 꾸밈없는 인용(bare recitation)은 적어도 2개의 인용, 즉 2개 이상의 인용을 의미한다). 또한, "A, B 및 C 등 중의 적어도 하나"와 유사한 관례(convention)가 사용되는 경우, 일반적으로 그러한 구성은 이 기술 분야의 숙련자가 그 관례를 이해하는 개념으로 의도된다(예를 들면, "A, B 및 C 중의 적어도 하나를 가진 시스템"은 비제한적인 예를 들자면 A만을 가진 시스템, B만을 가진 시스템, C만을 가진 시스템, A와 B를 함께 가진 시스템, A와 C를 함께 가진 시스템, B와 C를 함께 가진 시스템, 및/또는 A와 B와 C를 함께 가진 시스템 등을 포함할 것이다). "A, B 또는 C 등 중의 적어도 하나"와 유사한 관례가 사용되는 경우, 일반적으로 그러한 구성은 이 기술 분야의 숙련자가 그 관례를 이해하는 개념으로 의도된다(예를 들면, "A, B 또는 C 중의 적어도 하나를 가진 시스템"은 비제한적인 예를 들자면 A만을 가진 시스템, B만을 가진 시스템, C만을 가진 시스템, A와 B를 함께 가진 시스템, A와 C를 함께 가진 시스템, B와 C를 함께 가진 시스템, 및/또는 A와 B와 C를 함께 가진 시스템 등을 포함할 것이다). 명세서에서 또는 청구범위에서 또는 도면에서 2개 이상의 다른 용어를 제시하는 가상적인 및 분리적인 단어 및/또는 구는 용어들 중의 하나, 용어들 중의 어느 하나, 또는 2가지 용어를 포함하는 가능성을 예상한 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어서, 구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A와 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

또한, 본 개시의 특징 또는 태양이 마커쉬 그룹의 용어로 묘사된 경우, 본 개시는 또한 마커쉬 그룹의 임의의 개별 숫자 또는 마커쉬 그룹 구성원의 서브그룹의 용어로 묘사된 것으로 인식될 것이다.

이 기술의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 명세서를 제공하는 것과 관련한 일부 및 모든 목적에 대하여, 여기에서 개시되는 모든 범위는 일부 및 모든 가능한 부범위 및 부범위의 조합을 포함한다. 임의의 리스트된 범위는 충분히 설명한 것으로서 및 동일 범위를 적어도 동일한 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/10 등으로 나눌 수 있는 것으로 쉽게 인식될 수 있다. 비제한적인 예로서, 여기에서 설명한 각 범위는 하위 1/3, 중간 1/3 및 상위 1/3 등으로 쉽게 나누어질 수 있다. 이 기술 분야의 숙련자가 또한 이해하는 바와 같이, "최대", "적어도" 등과 같은 모든 언어는 인용된 숫자를 포함하는 것이고 위에서 설명한 것처럼 후속적으로 복수의 부범위로 나누어질 수 있는 범위들을 말하는 것이다. 마지막으로, 이 기술 분야의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 범위는 각각의 개별 숫자를 포함한다. 따라서, 예를 들면, 1~3 셀을 가진 그룹은 1개, 2개 또는 3개의 셀을 가진 그룹을 말한다. 유사하게, 1~5 셀을 가진 그룹은 1개, 2개, 3개, 4개 또는 5개의 셀을 가진 그룹을 말한다.

전술한 내용으로부터, 본 개시의 각종 실시예는 예시의 목적으로 여기에서 설명되었고, 본 개시의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고 각종 수정이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 여기에서 설명한 각종 실시예는 이하의 청구범위에 의해 표시된 진정한 범위 및 정신을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

100, 700: 구조물 제조 장치
110, 710: 입자 공급 유닛
120, 720: 입자 수집 유닛
130, 730: 전기 대전 유닛
140: 조작 유닛
150, 750: 후처리 유닛
740: 제1 조작 유닛
760: 제2 조작 유닛

Claims

나노입자로부터 구조물을 제조하기 위해 적어도 하나의 장치의 제어하에 수행되는 방법에 있어서,
일부분에 평평한 표면을 가진 입자 수집 장치 부근에서 제1 극성으로 전기적으로 대전된 복수의 고체 나노입자 - 상기 고체 나노입자는 3 차원의 형상을 가지며 무기 물질을 포함함 - 를 공급하는 단계와;
상기 공급된 나노입자를 상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면의 적어도 일부 상으로 수집하기 위해 상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면을 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성으로 전기적으로 대전시키는 단계와;
상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면을 베이스 구조물에 나란히 놓이도록(juxtaposed) 배치하는 단계와;
상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면에 수집된 상기 나노입자를 상기 베이스 구조물의 적어도 일부분 상으로 이전(transfer)시키는 단계
를 포함한 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 이전시키는 단계는 상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면을 상기 제1 극성으로 전기적으로 대전시키는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 이전시키는 단계는 상기 베이스 구조물을 상기 제2 극성으로 전기적으로 대전시키는 단계를 더 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 이전시키는 단계는 상기 베이스 구조물을 상기 제2 극성으로 전기적으로 대전시키는 단계와, 상기 제2 극성인 상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면을 방전시키는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기적으로 대전된 나노입자를 공급하는 단계는 상기 복수의 나노입자를 상기 입자 수집 장치 부근에서 스프레이하는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기적으로 대전된 나노입자를 공급하는 단계는 상기 입자 수집 장치를 상기 복수의 나노입자를 포함한 용액에 담그는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기적으로 대전된 나노입자를 공급하는 단계는 상기 복수의 나노입자를 포함한 용액을 상기 입자 수집 장치의 상기 평평한 표면의 적어도 일부분 상에 스핀코팅하는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 베이스 구조물 상으로 이전된 상기 나노입자에 금속 이온을 포함한 용액을 도포하는 단계를 더 포함한 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 베이스 구조물 상으로 이전된 상기 나노입자를 가열하는 단계를 더 포함한 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 나노입자를 상기 베이스 구조물로부터 다른 베이스 구조물로 이전시키는 단계를 더 포함한 구조물 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 베이스 구조물은 규소, 산화 규소, 석영, 유리 및 탄성중합체(elastomeric polymers)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 제조된 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자 수집 장치는 기판과, 상기 기판상에 배치되고 상기 평평한 표면을 규정하는 전극을 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 전극은 금속, 산화 금속, 질화 금속, 셀렌화 금속, 황화 금속 및 다결정 규소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 제조된 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 나노입자는 인듐 산화물, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO) 및 아연 주석 산화물(ZTO)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 제조된 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 공급하는 단계는 상기 복수의 나노입자를 적어도 하나의 리간드로 코팅하는 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 3 차원의 형상은 구형, 디스크형, 봉형, 관형 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것인 구조물 제조 방법.
제1항에 있어서, 막(film)을 형성하기 위해 상기 복수의 나노입자를 응집시키는(agglomerate) 단계를 더 포함한 구조물 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 응집시키는 단계는 상기 복수의 나노입자를 어닐링하는 단계, 소결시키는 단계 또는 하소처리하는(calcining) 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함한 것인 구조물 제조 방법.
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