KR101315054B1

KR101315054B1 - 산화아연 나노와이어 기반의 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR101315054B1
Application number: KR1020120013473A
Authority: KR
Inventors: 이경일; 조진우; 김성현; 이철승; 김선민
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20130092034A

Abstract

본 발명은 산화아연(ZnO) 나노와이어에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 기판을 마련하는 단계, 상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계, 상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계, 상기 ZnO 나노와이어 상에 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 포함하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법과 이 방법에 의하여 표면 처리된 구조물의 구성을 개시한다.

Description

산화아연 나노와이어 기반의 표면 처리 방법{Surface-Treatment Method based on a ZnO Nano-wire}

본 발명은 산화아연(ZnO) 나노와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ZnO 나노와이어를 이용한 방수 및 방오 기능을 지원할 수 있는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법 및 표면 처리된 구조물에 관한 것이다.

ZnO은 중요한 반도체 물질 중 하나로 전자공학, 광전자공학, 센서공학, 광학 등의 전자 소자 응용에 다양한 응용성을 가지고 있다. 이런 다양한 전자 소자의 수행력은 ZnO 물질의 형태, 크기 그리고 차원 등에 깊이 관련되어 있으며 ZnO 물질의 광학적, 기계적 특성 뿐 아니라 열적, 전기적 수송 능력도 깊은 영향을 미치고 있다. ZnO은 {0001} 방향과 13 가지의 성장 방향을 가지고 있으며, 특히 wurtzite 구조의 ZnO은 나노 선, 나노 막대, 나노 비늘, 나노 브릿지, 나노 프리즘, 나노 튜브, 나노 벨트, 나노 링, 나노 수염, 나노 빗 등의 다양한 모양의 나노 구조물을 제작할 수 있다. 따라서 모양과 크기가 잘 제어된 ZnO 나노 구조물의 제작과 기본 성질에 관한 연구는 ZnO을 기초로 한 나노 소자의 개발에 중요한 부분이 된다.

나노 구조물 중에서도 수직으로 잘 정렬된 ZnO 나노와이어 다발은 아주 큰 부피 대비 표면적을 가지고 있어서 많은 연구가 수행 중이다. 특히 ZnO 나노와이어는 다양한 전자 소자에 적용될 수 있는 플랫폼 기술로서, 나노 제너레이터, 필드 에미터(field emitter), 나노 레이저, 태양 전지의 투명 전극, 가스 센서, 습기 센서, 바이오 센서, 나노구조제작의 지지대 등과 같은 전자 소자에 사용되고 있다. 이러한 다양한 응용성으로 인해 직경이 작고 길이가 길면서 기판에 수직적으로 정렬이 잘 된 ZnO 나노와이어의 특성 연구와 ZnO 나노와이어 길이가 소자의 기능에 미치는 영향 조사가 매우 중요하다.

이와 같은 ZnO 나노와이어를 성장시키는 방법으로 다양한 합성법이 개발되었으며, 크게 기상 방법과 액상 방법으로 분류할 수 있다.

기상 방법은 분자 빔 에피탁시(molecular beam epitaxy, MBE), 금속 유기 화학 기상 증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 스퍼터링 법, 펄스 레이저 증착 법(pulsed laser deposition, PLD), 적외선 투사(infrared irradiation), 열분해 법(thermal decomposition), 열증발/응집 법(thermal evaporation and condensation)과 같은 것이 있다. 기상 방법은 질적으로 우수한 구조물을 얻을 수 있으나 고온, 고압, 엄격한 과정과 비싼 장비를 요구하므로 대량 생산이 요구될 때 소자 개발에 많은 제한을 받게 된다. 즉 기상 방법의 경우 다양한 촉매층을 이용하여 밀도를 제어하기 쉬운 장점을 갖고 있다. 하지만 기상 방법은 진공을 이용하기 때문에 제조가 비싼 단점을 가지고 있으며, 대면적 제작시 양산성에 문제를 가지고 있다.

이에 비해 액상 방법은 수용액을 사용하고 구조물 제작이 상향식(bottom-up) 과정에 기초를 두고 있어서 ZnO 나노와이어를 제작하는데 매우 효과적이고 편리하며 성장 온도가 낮고 비용이 적게 들어 대량 생산에 대한 잠재적 가능성이 매우 높다. 현재까지 열수용액 분해, 전기화학적 반응, 템플릿을 이용한 솔-젤 방법이 ZnO 나노와이어를 제작하는데 이용되었다. 그러나 이러한 액상 방법은 대부분의 은 밀도가 조정되는 초장 ZnO 나노와이어를 제작하는데 실패하였다. 그러므로 액상 방법으로 ZnO 나노와이어의 밀도도 조절할 수 있고 길이도 증가시킬 수 있는 효과적인 방법을 찾는 것이 매우 중요하다.

한편 상술한 ZnO 나노와이어는 나노 단위로 빽빽하게 성장시킬 수 있기 때문에, 성장 방식과 성장 후 이용 분야에 따라 태양 전지뿐만 아니라 다양한 제품에 적용 가능하다. 그러나 아직까지 적절한 ZnO 나노와이어 적용 기술의 개발이 미비하기 때문에 제품 적용 측면에서 보다 다양한 기술 개발 및 연구가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 수열합성법에 의해 성장한 ZnO 나노와이어 위에 테프론 용액을 코팅하여 장시간 물이나 물을 포함하는 대기 노출에도 물의 접촉각이 유지될 수 있는 신뢰성 있는 방수, 방오 표면을 가지는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법 및 표면 처리된 구조물을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판을 마련하는 단계, 상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계, 상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계, 상기 ZnO 나노와이어 상에 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 포함하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법의 구성을 개시한다.

여기서 상기 촉매층 형성 단계는 액상 촉매를 마련하는 단계, 상기 액상 촉매를 스핀 코터 또는 스프레이 코터 방식으로 상기 기판에 도포하는 단계, 상기 액상 촉매가 도포된 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 상기 액상 촉매를 마련하는 단계는 0.05 - 0.5M의 Zinc acetate를 Ethylene glycol monoethylene(C3H8O2)과 30분 동안 stirring 장치를 통해 혼합하는 단계, 상기 혼합된 혼합물을 Monoethonolamine과 1:1로 30분 동안 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열처리하는 단계는 200도의 hot plate위에서 10분 동안 굽는 단계가 될 수 있다.

상기 성장 단계는 Polyethylenimine, ammonium chloride 몰농도가 각각 0.03, 0.09M, Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine의 몰농도가 각각 0.015 M인 성장 용액을 마련하는 단계, 상기 성장 용액에 상기 촉매층이 형성된 기판을 침수시키는 단계, 상기 기판 침수 후 수열합성법을 기반으로 일정 길이의 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 성장 단계는 적용될 제품의 광투과성이나 방수 또는 방오 특성에 따라 상기 ZnO 나노와이어의 성장 길이 조절을 위한 성장 시간이 조절될 수 있다.

상기 코팅층 형성 단계는 테프론 AF 1600:FC 50의 비율이 1:5 및 1:10인 두가지 용액을 혼합한 혼합액을 마련하는 단계, 상기 혼합액을 스핀코터 방식으로 상기 ZnO 나노와이어 상에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 상술한 표면 처리 방법을 이용하며, 기판, 상기 기판 상에 형성되는 촉매층, 상기 촉매층 상에 형성되는 ZnO 나노와이어층, 상기 ZnO 나노와이어층 상에 형성된 테프론 코팅층을 포함하는 표면 처리된 구조물의 구성을 개시한다.

본 발명의 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법 및 표면 처리된 구조물에 따르면, 본 발명은 장시간 방수, 방오 특성을 유지할 수 있으며, 표면 처리 공정이 간단하며, 저렴한 생산비를 통하여 제작할 수 있도록 지원한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 대조군으로 사용될 기판 구조물의 물 접촉각을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 표면 처리된 기판 구조물의 물 접촉각을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 처리 기술이 적용된 기판 구조물의 장시간 신뢰성 검증을 위한 물 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 표면 처리된 기판 구조물의 구조를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 본 발명은 수열합성법을 통해 성장한 ZnO 나노와이어층 위에 테프론 용액 예를 들면 AF 1600:FC 50을 코팅하여 장시간 신뢰성을 갖는 방수, 방오 기능을 획득되도록 하는 표면처리 기술에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방수 및 방오 기능을 가지도록 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 ZnO 나노와이어를 이용하는 표면 처리 방법은 기판을 마련하는 101 단계, 액상 촉매를 이용하여 촉매층을 형성하는 103 단계, ZnO 나노와이어를 성장시키는 105 단계, 성장된 ZnO 나노와이어의 세정을 수행하는 107 단계, ZnO 나노와이어의 상부를 코팅하는 109 단계, 코팅된 ZnO 나노와이어를 열처리하는 111 단계를 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 ZnO 나노와이어를 이용하는 표면 처리 방법은 소수성을 가지도록 처리하기 위한 구조물 예를 들면 기판 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키도록 한 후 테프론 코팅을 수행하는 간단한 공정만을 통하여 특정 구조물이 방수 및 방오 기능을 가지도록 제작할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 표면 처리 방법은 방수 및 방오 기능을 가지는 구조물 제작의 공정을 간단히 하며, 또한 생산비 절감을 달성할 수 있어 가격 경쟁력 확보에 유리하도록 지원한다. 이하 상기 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 ZnO 나노와이어를 이용한 표면 처리 방법은 먼저 101 단계에서 기판을 마련한다. 여기서 ZnO 나노와이어를 성장시키기 위한 기판은 유리나 플라스틱 등 다양한 기판이 이용될 수 있다. 이러한 기판은 박막 실리콘 태양전지에 빛이 입사되는 부분으로, 박막 실리콘 투명절연성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예로서, 상술한 기판은 소다석회 유리, 일반 유리 또는 강화 유리 중에 하나를 사용하여 구성될 수 있고, 폴리머 재질의 폴리머 기판이 사용될 수도 있다. 또한 기판은 실리콘 기판 또는 사파이어 기판 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명에 이용되는 기판의 종류가 상술한 재질들로 한정되는 것은 아니며 이하에서 설명하는 촉매층 형성과 ZnO 나노와이어 성장 과정을 견딜 수 있는 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 또한 상기 기판은 본 발명의 방수 및 방소 특성을 위한 표면 처리 기술이 적용되는 구조물로서 표면 처리된 표면이 필요한 다양한 구조물 또는 구조물의 일부가 될 수 도 있다.

본 발명의 표면 처리 기술을 적용할 기판이 마련되며, 해당 기판에 존재하는 오염물질을 제거하는 세정 공정이 수행될 수 있다. 상기 세정 공정은 아세톤, 에탄올에 기판을 담그고 초음파 세척기를 이용하여 10분씩 각각 세정을 실시하는 단계로 구성될 수 있다. 세정 이후에는 순수를 이용해 다시 세척하고, 세척에 이용된 순수는 질소를 이용하여 제거될 수 있다.

기판이 마련되면, 다음으로 103 단계에서 기판 상에 촉매층을 형성한다. 이 촉매층은 ZnO 나노와이어가 보다 잘 성장될 수 있도록 마련되는 층이다. 상기 촉매층 형성을 위해서 액상 촉매를 마련하는 단계와, 액상 촉매를 상기 기판 상에 도포하는 단계, 액상 촉매가 도포된 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 액상 촉매는 0.05 - 0.5M의 Zinc acetate를 Ethylene glycol monoethylene(C3H8O2)과 30분 동안 stirring 장치를 통해 혼합하고, 혼합된 혼합물을 다시 Monoethonolamine과 1:1로 다시 30분 동안 혼합하여 마련할 수 있다. 도포 단계는 상술한 액상 촉매를 Spin coater 및 spray coater 등을 이용하여 상기 기판에 균일하게 도포하는 단계가 될 수 있다. 열처리 단계는 200도의 hot plate위에서 10분 동안 굽는 단계(baking)가 될 수 있다.

촉매층 형성 후 105 단계에서는 ZnO 나노와이어 성장을 위한 과정을 수행한다. ZnO 나노와이어 성장을 위해서 우선 성장 용액을 마련한다. 상기 성장 용액은 Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine, polyethylenimine, ammonium chloride을 일정 비율로 혼합하여 구성할 수 있다. 여기서 Polyethylenimine, ammonium chloride 몰농도는 각각 0.03, 0.09M로 고정하고, Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine는 몰농도도 0.015 M로 고정될 수 있다.

성장 용액이 마련되면, 촉매층이 형성된 기판을 마련된 성장 용액에 담그고 수열합성법에 의해 ZnO 나노와이어를 성장시킨다. 수열합성 시 성장 용액의 온도는 70-90 ℃로 설정되며, 성장시간은 길이에 따라 1분에서1 시간으로 조절될 수 있다. 특히 성장 시간은 나노와이어의 길이 조절에 조정될 수 있다. 나노와이어의 길이 조절은 해당 제품의 응용에 따라 달라질 수 있다. 즉 해당 제품이 투명도가 요구되는 경우 나노와이어의 길이가 상대적으로 짧게 형성되도록 성장 시간이 조절될 수 있다. 그리고 해당 제품이 투명도는 무관하고 방수 및 방오 특성에 치중이 필요한 경우 나노와이어의 길이는 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 즉 나노와이어의 길이가 길게 형성될수록 haze가 발생하기 때문에 제품의 응용 특성에 따라 성장 시간이 조절될 수 있다.

ZnO 나노와이어가 설계 목표치만큼 성장하면, 107 단계로 진입하여, 성장된 ZnO 나노와이어를 세정할 수 있다. 이때 세정 과정은 앞서 기판 마련 단계와 유사하게 수행될 수 있다. 즉 ZnO 나노와이어의 성장이 완료되면, ZnO 나노와이어가 성장한 기판을 취출하고, 해당 기판을 순수에 침수시킨 후 초음파 세척기를 이용하여 세정할 수 있다.

세정이 완료되면, 109 단계에서 방수 및 방오 특성을 보다 견고하게 가지며 내구성을 가지도록 사전 준비된 코팅 물질 예를 들면 테프론 용액을 이용하여 코팅층을 형성한다. 코팅 단계를 수행하기 전에 세정 과정에서 ZnO 나노와이어에 묻어있는 순수를 제거하도록 지원한다. 이를 위하여 질소 가스가 이용될 수 있다. 한편 테프론 코팅층을 형성하기 위해 테프론 용액 예를 들면 테프론 AF 1600:FC 50이 혼합된 용액을 마련하고, 해당 용액을 스핀코터 방식으로 ZnO 나노와이어층 상부에 도포하여 코팅층을 형성한다. 이때 AF 1600:FC 50의 비율은 1:5, 1:10 두가지 혼합용액을 사용한다.

코팅층 형성 이후, 111 단계에서 열처리 과정을 통하여 코팅층이 보다 견고하게 자리잡도록 작업할 수 있다. 이때 테프론이 코팅된 기판은 0-300 ℃ 열처리 환경 하에서 다양한 물 접촉각 특성을 갖도록 처리될 수 있다.

도 2는 대조군의 접촉각을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 처리 기술이 적용된 기판의 물 접촉각을 나타낸 도면이다.

특히 도 2는 대조군으로 사용하기 위하여 유리 기판 위에 테프론 AF 1600:FC 50을 코팅한 기판을 마련하고, 상기 기판의 코팅면에서의 물 접촉각 및 물속에 1시간 침수시킨 후 접촉각을 촬영한 것이다. 먼저 테프론 코팅이 완료된 유리 기판의 경우 도 2의 좌측 이미지에서와 같이 113ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 그리고 테프론 코팅이 완료된 유리 기판을 1 시간가량 물속에 침수시킨 후 물 접촉각은 도 2의 우측 이미지에서와 같이 106ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 즉 테프론 코팅을 유리 기판 상에 형성한 경에는 충분한 방수 또는 방오 효과를 제공할 수 없으며, 물속에 일정 시간 침수는 되는 경우 방수 또는 방오 효과가 급격히 감소됨을 알 수 있다.

한편, ZnO 나노와이어를 성장시킨 후, 성장된 ZnO 나노와이어층 상에 테프론 AF 1600:FC 50을 코팅한 기판의 경우 도 3의 좌측에 나타낸 이미지에서와 같이 물 접촉각이 142ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 또한 본 발명의 표면 처리 기술로 마련된 ZnO 나노와이어층 상에 테프론 코팅층을 형성한 기판의 경우 1 시간 가량 물속에 침수 시킨 이후라도 물 접촉각이 141ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명의 표면 처리 기술로 표면 처리된 기판의 경우 일정 시간이 경과하더라도 물 접촉각이 양호하게 유지됨으로써 방수 및 방오 기능이 적절히 유지됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 처리 기술이 적용된 기판의 방수 및 방오 기능에 대한 장시간 신뢰성 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 도면이다. 즉 본 발명의 표면 처리 기술 적용에 따라 기판 상에 일정 길이의 ZnO 나노와이어를 성장시킨 후 테프론 AF 1600:FC 50 용액으로 코팅층을 형성한 기판 구조물을 마련하였다. 일정 길이의 ZnO 나노와이어층 상에 테프론 코팅층을 형성한 경우 도 4의 좌측 이미지에서와 같이 물과의 접촉각이 149ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 또한 ZnO 나노와이어층 상에 테프론 코팅층을 형성하고 한달이 경과한 후에는 도 4의 우측 이미지에서와 같이 기판 구조물과 물과의 접촉각이 151ㅀ로 나타남을 알 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 표면 처리 기술에서 ZnO 나노와이어를 일정 길이를 가지도록 형성한 후 테프론 코팅을 수행할 경우 물 접촉각이 매우 양호한 특성을 가지는 기판 구조물을 마련할 수 있으며, 이에 따라 본 발명은 뛰어난 방수 및 방오 효과를 가지는 제품 생산이 가능하도록 지원할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 처리 기술이 적용된 기판 구조물(100)의 단면을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 기판 구조물(100)은 기판(10), 촉매층(20), ZnO 나노와이어층(30), 코팅층(40)을 포함한다.

이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 기판 구조물(100)은 기판(10) 상에 촉매층(20)을 형성한 후 해당 촉매층(20) 상에 ZnO 나노와이어층(30)을 일정 길이만큼 성장시킨 후 ZnO 나노와이어층(30) 상에 코팅층(40)을 형성함으로써 뛰어난 방수 및 방오 효과를 가지는 제품 생산을 지원할 수 있다. 또한 본 발명의 기판 구조물(100)은 ZnO 나노와이어층(30) 성장 시 ZnO 나노와이어의 길이를 조절함으로써 기판 구조물(100)의 투과성을 확보하거나 기판 구조물(100)의 방수 및 방오 효과 확보를 선택적으로 수행함으로써 다양한 제품 생산을 가능케할 수 있다.

이러한 기판 구조물(100)을 형성하는 상기 기판(10)은 일반 유리나 강화 유리 기판, 폴리머 재질 기판, 실리콘 재질이나 사파이어 기판 등이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 플라스틱 재질의 기판이 이용될 수 있다. 그러나 본 발명에 이용되는 기판의 종류가 상술한 재질들로 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기판(10)은 뛰어난 방수 및 방오 효과 기능을 제공할 제품 또는 적절한 방수 및 방오 효과를 제공하면서 광 투과성이 필요한 제품 등의 특성에 따라 다양한 재질이 선택될 수 있다. 기판(10) 마련 후 기판(10) 상에 마련된 오염물질 제거를 위한 세정 과정이 수행될 수 있다.

상기 촉매층(20)은 상기 기판(10) 상에 ZnO 나노와이어층(30)이 보다 잘 성장할 수 있도록 마련되는 층이 될 수 있다. 이러한 촉매층(20) 형성을 위하여 액상 촉매가 마련될 수 있으며, 마련된 액상 촉매는 스핀 코터 또는 스프레이 코터 방식을 기반으로 기판(10) 상에 도포될 수 있다. 상기 액상 촉매는 0.05 - 0.5M의 Zinc acetate를 Ethylene glycol monoethylene(C3H8O2)과 혼합한 용액에 Monoethonolamine를 1:1로 혼합하여 마련할 수 있다.

상기 ZnO 나노와이어층(30)은 촉매층(20)이 형성된 기판(10)을 성장 용액에 일정 시간 동안 침수시켜 형성하는 층이 될 수 있다. 여기서 성장 용액은 Polyethylenimine, ammonium chloride 몰농도가 각각 0.03, 0.09M, Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine 몰농도가 각각 0.015 M로 마련된 용액이 될 수 있다. 성장 용액이 마련되면, 해당 성장 용액에 상기 촉매층(20)이 형성된 기판(10)을 침수시키고 70-90 ℃ 용액 온도를 유지하면서 수열합성법을 일정 시간 동안 수행하여 ZnO 나노와이어층(30)을 성장시킬 수 있다. 이때 ZnO 나노와이어층(30)의 성장 길이 또는 성장 시간은 앞서 언급한 바와 같이 제품의 특성에 따라 달라질 수 있다. 즉 일정 광투과성이 요구되는 제품인 경우 ZnO 나노와이어층(30)의 길이를 광투과가 적절히 일어날 수 있도록 일정 길이 이하로 조절될 수 있다. 또한 광투성에 관계없이 뛰어난 방수 및 방오 효과가 요구되는 제품의 경우에는 ZnO 나노와이어층(30)의 길이를 일정 이상으로 성장하도록 성장 시간이 확보될 수 있다. 상기 ZnO 나노와이어층(30)의 길이는 사용되는 제품의 광투과 특성 등에 의해서도 조절될 수 있기 때문에 생산하고자 하는 제품의 특성이나 요구 사항 등에 따라 다양한 성장 길이가 실험적으로 검증될 수 있을 것이다. 상기 ZnO 나노와이어층(30) 형성 이후에는 코팅층(40) 형성을 위하여 초음파 세척기를 사용하는 세정 과정이 수행될 수 있다.

상기 코팅층(40)은 ZnO 나노와이어층(30) 상에 테프론 용액 예를 들면 AF 1600:FC 50가 일정 비율로 혼합된 용액을 이용하여 형성할 수 있다. 이때 코팅층(40) 형성을 위한 혼합 용액은 스핀코터 방식에 의하여 ZnO 나노와이어층(30) 상에 도포될 수 있다. 여기서 AF 1600:FC 50의 비율은 1:5, 1:10 두가지 혼합에 의하여 구성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 ZnO 나노와이어 기판의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 표면 처리된 구조물은 ZnO 나노와이어를 성장함에 있어 촉매층을 수용액으로 제작하여 코팅한 후 열처리 하여 성장시키고, ZnO 나노와이어의 투과도를 조절하기 위해 ZnO 나노와이어의 성장 시간을 조절하도록 지원한다. 이에 따라 본 발명은 보다 뛰어난 방수 및 방오 기능을 가지는 제품 생산을 지원하며 설계자의 의도에 따라 다양한 제품 생산이 가능하도록 지원한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10 : 기판
20 : 촉매층
30 : ZnO 나노와이어층
40 : 코팅층
100 : 기판 구조물

Claims

기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계;
상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
상기 ZnO 나노와이어 상에 테프론 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하고,
상기 촉매층 형성 단계는
0.05 - 0.5M의 Zinc acetate를 Ethylene glycol monoethylene(C3H8O2)과 30분 동안 stirring 장치를 통해 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 Monoethonolamine과 1:1로 30분 동안 혼합하여 액상 촉매를 마련하는 단계;
상기 액상 촉매를 스핀 코터 또는 스프레이 코터 방식으로 상기 기판에 도포하는 단계;
상기 액상 촉매가 도포된 기판을 열처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는
200도의 hot plate위에서 10분 동안 굽는 단계인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 성장 단계는
Polyethylenimine, ammonium chloride 몰농도가 각각 0.03, 0.09M, Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine의 몰농도가 각각 0.015 M인 성장 용액을 마련하는 단계;
상기 성장 용액에 상기 촉매층이 형성된 기판을 침수시키는 단계;
상기 기판 침수 후 수열합성법을 기반으로 일정 길이의 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계;
상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
상기 ZnO 나노와이어 상에 테프론 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하고,
상기 촉매층 형성 단계는
액상 촉매를 마련하는 단계;
상기 액상 촉매를 스핀 코터 또는 스프레이 코터 방식으로 상기 기판에 도포하는 단계;
상기 액상 촉매가 도포된 기판을 200도의 hot plate위에서 10분 동안 열처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계;
상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
상기 ZnO 나노와이어 상에 테프론 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하고,
상기 성장 단계는
Polyethylenimine, ammonium chloride 몰농도가 각각 0.03, 0.09M, Zinc nitrate hexahydrate와 Hexamethylenetetramine의 몰농도가 각각 0.015 M인 성장 용액을 마련하는 단계;
상기 성장 용액에 상기 촉매층이 형성된 기판을 침수시키는 단계;
상기 기판 침수 후 수열합성법을 기반으로 일정 길이의 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
제5항에 있어서,
상기 성장 단계는
적용될 제품의 광투과성이나 방수 또는 방오 특성에 따라 상기 ZnO 나노와이어의 성장 길이 조절을 위해 성장 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계;
상기 촉매층 상에 ZnO 나노와이어를 성장시키는 성장 단계;
상기 ZnO 나노와이어 상에 테프론 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하고,
상기 코팅층 형성 단계는
테프론 AF 1600:FC 50의 비율이 1:5 및 1:10인 두 가지 용액을 혼합한 혼합액을 마련하는 단계;
상기 혼합액을 스핀코터 방식으로 상기 ZnO 나노와이어 상에 도포하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 촉매층 형성 단계는
액상 촉매를 마련하는 단계;
상기 액상 촉매를 스핀 코터 또는 스프레이 코터 방식으로 상기 기판에 도포하는 단계;
상기 액상 촉매가 도포된 기판을 열처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노와이어 기반의 표면 처리 방법.