KR101451425B1 - Surface modification method for self cleaning property of aluminium material - Google Patents

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본 발명은 연꽃잎의 표면이 초소수성 특성을 띔으로서 자가세정능을 갖는 연꽃잎 효과 (lotus effect)를 알루미늄 소재의 표면에 부여함으로서 알루미늄 소재의 표면을 개질하는 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 알루미늄 소재를 양극산화하여 표면에 양극산화 알루미늄을 형성하는 단계; 양극산화 알루미늄에 요철을 형성하는 단계; 알무미늄의 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 알루미늄으로 이루어진 모든 종류의 소재에 적용할 수 있으며 자가세정능 특성을 쉽고 빠르게 부여할 수 있는 특징을 가진다.The present invention relates to a method for modifying the surface of an aluminum material by imparting a lotus effect on the surface of the aluminum material with a self-cleaning ability, with the surface of the soft petal having superhydrophobic properties. For this purpose, the present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy, comprising: anodizing an aluminum material to form anodized aluminum on the surface; Forming an irregularity on the anodized aluminum; And forming hydrophobic self-assembled monolayer films on the unevenness of the alumiminium. The present invention can be applied to all kinds of materials made of aluminum, and has a feature of easily and quickly imparting self-cleaning ability characteristics.

연꽃잎 효과, 습식에칭, 소수성 부여 Soft petal effect, wet etching, hydrophobicity

Description

알루미늄 소재의 자가세정능 부여를 위한 표면 개질 방법{Surface modification method for self cleaning property of aluminium material}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface modification method for self-

본 발명은 연꽃잎의 표면이 초소수성 특성을 띔으로서 자가세정능을 갖는 연꽃잎 효과 (lotus effect)를 알루미늄 소재의 표면에 부여함으로서 알루미늄 소재의 표면을 개질하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for modifying the surface of an aluminum material by imparting a lotus effect on the surface of the aluminum material with a self-cleaning ability, with the surface of the soft petal having superhydrophobic properties.

독일의 식물학자 Barthlott Wilhelm은 여러 식물 잎의 표면을 전자 현미경으로 관찰하여 표면의 요철이 심할수록 물을 밀어내는 성질이 강하며, 발수성 요철구조의 표면은 표면 상의 오염물이 물방울만으로도 쉽게 세정되는 자기 세정력(self-cleaning)을 가지는 것을 발견하였다. 연꽃 잎 등의 식물 잎에서 나타나는 자가세정 현상을 연꽃잎 효과(Lotus effect)라고 명명하였다(Neinhuis C, Barthlott W, “Charaterization and distribution of water-repellent, self-cleaning plant surfaces”, Annals of Botany(1997), 79, 667-677). 자연계에서 나타나는 이러한 현상의 원인은 잎의 표면에 소수성의 특성을 지닌 epicuticular wax로 코팅되어 있다는 점과 마이크로미터 내지 나노미터 사이즈의 돌출된 구조물 형태로 표면이 이 루어져 있다는 점을 들 수 있다. 이러한 표면구조는 건축물, 자동차, 기차, 선박 등의 표면에 적용할 경우 쉽게 미세 먼지 등을 제거할 수 있으며, 물방울 자체가 표면에 접촉하지 않으므로 표면의 부식을 원천적으로 차단시킬 수 있어 외장재의 수명을 거의 영구적으로 연장시킬 수 있다. Barthlott Wilhelm, a German botanist, observes the surface of various plant leaves with electron microscope. As the irregularities of the surface become more intense, the surface of the water repellent structure becomes stronger, and the surface of the water repellent structure becomes self- cleaning (self-cleaning). (Lee et al., 1997). The self-cleaning phenomena of plant leaves, such as lotus leaves, have been called the Lotus effect (Neinhuis C, Barthlott W, "Charaterization and distribution of water-repellent, ), 79, 667-677). The cause of this phenomenon in the natural world is that the surface of the leaves is coated with epicuticular wax, which has hydrophobic properties, and that the surface is formed in the form of protruding structures of micrometer or nanometer size. This surface structure can easily remove fine dust when applied to the surfaces of buildings, automobiles, trains, ships, etc., and since the water droplets themselves do not come into contact with the surface, it can prevent corrosion of the surface, It can be extended almost permanently.

또한, 반도체 공정 기술의 발전에 따라 인공적으로 표면에 마이크로미터 단위의 구조물을 제작하여 이러한 표면에서도 연꽃잎 효과가 나타남을 관찰한 바 있으며 최근에는 마이크로 단위를 넘어 나노미터 단위의 가공기술이 개발됨에 따라 이를 이용한 연꽃잎 효과에 대한 연구가 이루어지고 있다. 다만, 이러한 요철 구조는 크기가 작아질수록 요철구조의 강도가 약해지는 단점이 있고 크기를 감소시키는 것이 어려워 자가 세정력을 향상시키는 것이 용이하지 않다. In addition, as the semiconductor process technology developed, the micrometer unit structure was artificially made on the surface, and the petal effect was observed on such a surface. In recent years, as nanometer processing technology has been developed beyond the micro unit Studies on the effect of soft petal leaf have been made. However, as the size of the concavo-convex structure becomes smaller, the strength of the concavo-convex structure becomes weaker, and it is difficult to reduce the size, so it is not easy to improve the self-cleaning ability.

한편, 어떤 표면이 연꽃잎 효과를 나타내기 위해서는 다음과 같은 조건이 성립되어야 하는 것으로 알려져 있다. On the other hand, it is known that the following conditions must be satisfied in order for a certain surface to exhibit a soft petal effect.

첫째, 표면의 접촉각이 150°를 넘어야 한다.First, the contact angle of the surface should exceed 150 °.

둘째, 동적 접촉각에서 전진각과 후퇴각의 차이가 최소화되어야 한다.Second, the difference between the advancing angle and the receding angle should be minimized in the dynamic contact angle.

금속소재에 양극을 가하고 용액에 음극을 가해서 금속소재에 산화피막을 입히는 표면처리를 양극산화라고 한다. 입혀진 산화피막은 산화피막의 종류에 따라서 내식성, 내구성, 접착성 등을 좋게 한다. 또한 용액은 붕산, 인산, 황산, 크롬산 을 사용하고 있다. 피막의 표면이 울퉁불퉁하기 때문에 표면을 봉공처리하여 내식성을 좋게 하거나 그 표면에 염색액을 넣어 양극 피막을 다양하게 착색하기도 한 다. 이러한 양극 산화방법(애노다이징)은 가전제품, 기계부품 등에 장식용 피막처리로 사용되거나, 옥외의 심한 환경에서 내후성이 요구되는 건축용 제품에 사용되거나, 항공기 부품 등 내식성이 요구되는 제품에 사용되고 있다. 양극산화의 가장 대표적인 소재는 Al이고 그 외에 Mg, Zn, Ti, Ta, Hf, Nb 의 금속 소재상에도 애노다이징 처리를 하고 있다. Anodic oxidation is a surface treatment in which an anode is added to a metal material and an anode is added to the solution to form an oxide film on the metal material. The coated oxide film has good corrosion resistance, durability, adhesion and the like depending on the kind of the oxide film. In addition, boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid and chromic acid are used as the solution. Since the surface of the film is rugged, the surface of the film is subjected to a sealing treatment to improve the corrosion resistance, or a dyeing solution is put on the surface thereof to color the anode coating variously. These anodizing methods are used for decorative coatings for home appliances and machine parts, for building products that require weather resistance in severe outdoor environments, or for products that require corrosion resistance, such as aircraft parts. The most representative material of the anodic oxidation is Al, and the metal materials of Mg, Zn, Ti, Ta, Hf and Nb are also anodized.

알루미늄의 표면처리 방법중의 하나로 양극산화가 있으며, 양극산화를 통하여 표면에 규칙적인 나노미터 단위 구조물을 가진 양극산화 알루미늄을 형성시킬 수 있고 산업적으로도 상당히 많은 응용이 이루어지고 있다. 그리고 양극산화는 상대적으로 간단한 전기화학 반응으로 알루미늄 표면상에 단단하고 투명한 산화피막을 형성시킬 수 있다. One of the surface treatment methods of aluminum is anodic oxidation and anodic oxidation can form anodic aluminum oxide with regular nanometer unit structures on the surface, and a great many applications are being made in industry. And anodic oxidation is a relatively simple electrochemical reaction that can form a hard and transparent oxide film on the aluminum surface.

본 발명은 알루미늄에 연꽃잎 효과를 갖는 양극 산화 피막을 생성하여 자기세정 기능을 갖도록 표면을 개질하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention provides a method for modifying a surface to have a self-cleaning function by generating an anodic oxidation coating having a soft petal effect on aluminum.

이를 위한 본 발명은 알루미늄 소재를 양극산화하여 표면에 양극산화 알루미늄을 형성하는 단계; 양극산화 알루미늄에 요철을 형성하는 단계; 알무미늄의 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 자가세정능 부여를 위한 표면 개질 방법을 제공한다. 상기 알루미늄 소재의 양극산화는 수산법, 황산법, 인산법, 크롬산법, 붕산법, 및 설파민산법 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 알루미늄의 요철을 형성하는 단계는 습식에칭을 통하여 이루어지며, 습식에칭은 인산계, 질산계, 및 크롬산계 용용 중 선택하여 사용할 수 있다. 상기 양극산화 알루미늄에 요철을 형성하는 단계에서는 정적 접촉각이 150°이상이 되는 것이 바람직하며, 양극산화 알루미늄의 표면의 소수성 단분자막은 실란기를 형성하여 이루어지는 것이 바람직하다. For this purpose, the present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy, comprising: anodizing an aluminum material to form anodized aluminum on the surface; Forming an irregularity on the anodized aluminum; And forming a hydrophobic self-assembled monolayer film on the concavo-convex portions of the alumiminium. The present invention also provides a surface modification method for imparting self-cleaning ability of an aluminum material. The anodic oxidation of the aluminum material may be selected from the group consisting of an aqueous acid method, a sulfuric acid method, a phosphoric acid method, a chromic acid method, a boric acid method, and a sulfamic acid method. The step of forming the irregularities of aluminum is performed by wet etching. Can be selected from phosphoric acid, nitric acid, and chromic acid based ones. In the step of forming the irregularities in the anodized aluminum, the static contact angle is preferably 150 ° or more, and the hydrophobic monomolecular film on the surface of the anodized aluminum is preferably formed by forming a silane group.

본 발명은 알루미늄의 표면처리 방법으로 많이 쓰이는 양극산화 방법에 더하여 간단한 처리를 추가함으로서 알루미늄으로 이루어진 모든 종류의 소재에 연꽃잎 효과를 부여함으로써 자가세정능을 부여하는 방법을 제공하고 있다. 손쉬운 조작을 통하여 표면 개질하여 직접적으로 특정 기능성을 부여하는 것을 가능하게 하였다는 차별화된 방법론과 목적성을 가지며 산업적으로도 매우 유용할 것으로 판단된다.The present invention provides a method for imparting self-cleansing ability by imparting a soft petal effect to all kinds of materials made of aluminum by adding a simple treatment in addition to an anodic oxidation method, which is often used as a surface treatment method for aluminum. It is possible to modify the surface through easy manipulation and to directly impart specific functionality to it, and it has a differentiated methodology and objectivity and is industrially useful.

본 발명은 알루미늄 표면을 양극 산화하여 양극 산화 알루미늄으로 변화시킨 후 습식에칭을 통하여 양극 산화 알루미늄의 표면에 나노미터 크기의 무수한 요철을 형성하고 소수성 자기조립 단분자막이 그 표면에 만들어지도록 한다. In the present invention, the aluminum surface is changed to anodized aluminum by anodization, and wet etching is performed to form innumerable irregularities of nanometer size on the surface of the anodized aluminum, and a hydrophobic self-assembled monolayer is formed on the surface thereof.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals will be understood to refer to the same or similar components.

알루미늄의 양극산화는 알루미늄 금속의 표면상에 전기화학적 전해( Electrolytic)방법을 이용하여 산화알루미늄(Al203)의 층을 형성시켜 알루미늄 표면의 경도, 내식성, 내마모성, 전기적, 절연성 등 기능적인 특성을 극대화하여 주는 방법이다. 일정한 액속에 +, -의 전극을 주어 알루미늄을 산화시키면 여러 개의 공이 만들어져 알루미늄 표면에 하나의 막을 형성하는 것이라고 볼 수 있다. 음극에는 납판을 많이 쓰고 양극에는 알루미늄을 위치시키는데, 양극에서는 산소가 발생하고 산화가 이루어지는데 산화란 알루미늄이 산소와 화합해서 공이 생기고 알루미늄이 용해되는 것을 말한다. 얇은 피막을 형성하는 경우에는 대개 비교적 낮은 전 압을 걸어주나 본 발명에서는 어느 정도의 두께를 형성하여야 하기 때문에 비교적 높은 전압을 걸어주는 것이 바람직하다. 또한 온도도 피막 형성에 영향을 미치는데, 일반적으로는 연질 양극산화방법에서는 20℃ 내외의 온도에서 작업을 하나 조건에 따라서는 저온 환경에서 작업을 하기도 하며, 경질 양극산화방법에서는 -5~0℃의 저온이 바람직하다. 연질 양극산화피막은 알루미늄 금속의 부식방지와 다양한 색상처리에 의한 장식성 효과의 극대화를 목적으로 한 피막처리 방법이며, 경질 산화피막은 피막층의 두께가 두껍고 경도가 높기 때문에 기능성을 부여하기 위한 피막 처리 방법으로 이용된다. 경질 양극 산화피막은 기능성 피막처리로써 원래의 알루미늄 금속 표면에 경질 양극산화 피막 처리를 행하여 그 기능성이나 특성을 증가시킬 뿐만 아니라 알루미늄이 가지고 있는 연성을 보강함과 동시에 금속이 가지고 있는 취악한 결합성을 보완할 수 있다. The anodic oxidation of aluminum can be achieved by forming a layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the surface of aluminum metal by electrochemical electrolytic method to form functional layers such as hardness, corrosion resistance, abrasion resistance, . When + and - electrodes are given in a certain liquid to oxidize aluminum, it can be said that several balls are formed and a single film is formed on the aluminum surface. In the cathode, a lot of lead is used, and aluminum is placed in the anode. In the anode, oxygen is generated and oxidation occurs. Oxidation means that aluminum forms a hole due to the combination with oxygen, and aluminum dissolves. In the case of forming a thin film, relatively low voltage is applied, but in the present invention, it is desirable to apply a relatively high voltage because a certain thickness is to be formed. The temperature also affects the film formation. Generally, in the soft anodizing method, the work is performed at a temperature of about 20 ° C., but depending on the conditions, the work may be performed in a low temperature environment. In the hard anodizing method, Is preferable. The soft anodized film is a film treatment method aimed at preventing the corrosion of aluminum metal and maximizing the ornamental effect by various color treatments. Since the hard oxide film has a thick coating layer and a high hardness, . The hard anodized film is treated with functional film to hard anodically oxidize the original aluminum metal surface to increase its functionality and properties. In addition to reinforcing the ductility of aluminum, Can be supplemented.

양극산화방법으로는 수산법, 황산법, 인산법, 크롬산법, 붕산법, 설파민산법 등을 사용할 수 있을 것이며, 경질 양극산화방법의 경우 수산법, 황산법, 인산법, 크롬산법 등을 사용하여 어느 정도의 포러스를 형성할 수 있도록 하는 것도 바람직하다. 수산법은 초기 피막 두께가 시간에 따라 직선적으로 증가하며 두껍고 강하고 내식성이 좋은 장점이 있고, 중첩시키는 기술이 중요하다. 형성되는 피막은 다양한 제작 조건의 부여에 따라 두께와 형태를 조절할 수 있다. 경질 양극 산화피막의 두께 증가율은 알루미늄 금속의 합금성분에 의하여 달라질 수 있고, 양극 산화피막 처리후 두께 증가에 의한 부가치수는 합금 종류에 의하여 다소 차이가 발생한다. As the anodic oxidation method, it is possible to use a method such as a hydrochloric acid method, a sulfuric acid method, a phosphoric acid method, a chromic acid method, a boric acid method and a sulfamic acid method. In the case of the hard anodic oxidation method, To form a porous layer on the surface of the substrate. The acid method has the advantage that the initial film thickness increases linearly with time and is thick, strong and has good corrosion resistance, and superposition technique is important. The formed film can be adjusted in thickness and shape according to various production conditions. The thickness increase rate of the hard anodized film can be changed by the alloy component of the aluminum metal, and the additional dimension due to the increase in thickness after the anodic oxidation treatment is slightly different depending on the kind of the alloy.

알루미늄을 양극산화하여 표면을 일부 개질한 후 이를 습식에칭하여 나노미터 크기의 무수한 요철을 형성하도록 한다. 에칭액은 불산(fluorinated acid)과 질Aluminum is anodized to partially modify the surface and wet it to form innumerable irregularities of nanometer size. The etching solution is fluorinated acid and vaginal

산과 아세트산과 물의 혼합액, 불산과 질산과 물의 혼합액, 불산과 불화암모늄과 물의 혼합액, 염산과 질산의 혼합액, 질산이암모늄 세륨(IV)과 질산과 물의 혼합액, 질산 이암모늄 세륨(IV)과 과염소산과 물의 혼합액, 인산과 질산과 아세트산과A mixture of hydrochloric acid and nitric acid, a mixture of nitric acid and cerium (IV) and nitric acid and water, a mixture of nitric acid and cerium (IV) and perchloric acid, and a mixture of nitric acid and nitric acid. Water, phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and

물의 혼합액, 또는 인산과 질산과 물의 혼합액 등이 알려져 있다. 또한 크롬산계 용액도 사용되기도 하며, 다만 환경적 요인을 고려하여 그 사용을 줄여나가고 있는 실정이다. 이들 중에서 인산계의 에칭액이 안정하고 값이 저렴하고 다른 절연막에 대한 영향이 적고 에칭의 제어성이 우수하기 때문에 많이 이용되고 있다. 캡 금속이나 장벽 금속으로는 Ti 혹은 Ti-W 가 사용될 수 있다. 한편, 상기 요철의 형상은 테이퍼(taper) 형상으로 제어하는 것이 바람직하다. 그리고 에칭액에서 질산의 농도가 높은 경우에 있어서, 요철의 표면에 균열이 생길 수 있으며, 경계면에는 에칭액이 스며들어 속칭 에칭흔이 발생하기도 한다. Water, or a mixture of phosphoric acid, nitric acid and water. Chromic acid-based solutions are also used, but their use is being reduced in consideration of environmental factors. Among them, a phosphoric acid-based etchant is widely used because it is stable, has a low cost, has little influence on other insulating films, and has excellent controllability of etching. As the cap metal or barrier metal, Ti or Ti-W may be used. On the other hand, the shape of the concavities and convexities is preferably controlled in a tapered shape. In the case where the concentration of nitric acid in the etching solution is high, cracks may be generated on the surface of the irregularities, and the etching solution seeps into the boundary surface to cause a so-called etching trace.

이러한 과정을 통하여 생긴 요철의 정적 접촉각은 연꽃 효과를 충분히 발휘하기 위해서 150°이상이 되도록 조절하는 것이 바람직하며, 전진각과 후퇴각의 차이가 줄어드는 것이 바람직하다. 전진각과 후퇴각의 차이는 정적 접촉각이 150°이상이 된 이후로 조금씩 더 줄어들기 때문에 이 이상이 될 때까지 습식 식각과정을 지속해 줄 필요가 있다. It is preferable that the static contact angle of the unevenness formed through such a process is adjusted to be equal to or more than 150 degrees in order to sufficiently exhibit the effect of the lotus flower, and it is preferable that the difference between the forward angle and the backward angle is reduced. Since the difference between the advancing angle and the retraction angle is gradually reduced after the static contact angle becomes 150 ° or more, it is necessary to continue the wet etching process until the above condition is reached.

다음으로는 이러한 표면처리된 알루미늄의 표면에 소수성의 자가조립막을 형 성한다. 이를 통해 연꽃효과가 더욱 더 발휘될 수 있도록 표면을 개질하는 것이다. 분자 자기조립은 단위 분자들이 자발적인 분자간 상호작용을 통하여 조립되어 특정한 구조형태를 형성하는 것으로 고체 표면의 원하는 위치에 기능성을 갖는 박막들을 형성하는 것이다. 양극산화 알루미늄의 성분인 알루미나 표면에 대한 자가조립 단분자막의 형성은 실란 화합물을 이용하여 만들 수 있으며 알루미나 표면의 -OH 관능기와 실란이 공유결합하여 치밀한 단분자막을 스스로 형성하는 것으로 알려져 있다. 소수성의 자기조립 단분자막은 플루오르 알킬기의 기능기를 포함하는 화합물 등을 사용하여 알루미늄 표면에 소수성을 부여할 수 있다. Next, a hydrophobic self-assembled membrane is formed on the surface of the surface-treated aluminum. This is to modify the surface so that the lotus effect can be exerted even more. Molecular self-assembly is the formation of thin films that have functional properties at desired locations on the solid surface by unitary molecules assembled through spontaneous intermolecular interactions to form a specific structure. The formation of self-assembled monolayer on the alumina surface, which is an element of anodic aluminum oxide, can be achieved by using a silane compound. It is known that the -OH functional group on the alumina surface is covalently bonded to form a dense monolayer. The hydrophobic self-assembled monolayer film can impart hydrophobicity to the aluminum surface using a compound containing a functional group of a fluoroalkyl group or the like.

이하, 본 발명의 실시 예를 통하여 본 발명을 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described by way of examples of the present invention.

<알루미늄의 표면의 미세 구조 형성><Microstructure Formation of Aluminum Surface>

알루미늄을 경질양극 산화하여 알루미늄 표면에 양극산화 알루미늄을 형성하고 습식식각을 하여 알루미늄 표면에 나노미터 수준으로 제어된 미세 구조물을 제작한다. 우선, 알루미늄 기판을 25% 과염소산 에탄올 용액에 넣고 약 5분간 20V의 전위를 가해 준다. 온도는 7°C로 유지한다. 이후 0.3M 옥살산용액에서 5분 동안 0°C, 40V의 조건으로 양극산화시킨다. 또한, 0.3M 옥살산용액에서 6시간 동안 0°C, 140V의 조건으로 양극산화 시키고, 크롬산 용액(크로믹옥사이드 9g + 인산 20.3ml + 증류수 = 500ml)에 65°C를 유지하며 12시간 동안 담궈서 표면에 1차적으로 형성된 양극산화 알루미늄을 제거한다. 그 다음 2차적 양극산화를 시킨다. 0.3M 옥살산용액에서 5분 동안 0°C, 40V의 조건으로 양극산화 시키고, 0.3M 옥살산용액 에서 6시간 동안 0°C, 140V의 조건으로 양극산화 시킨다. 이후, 인산용액(인산 5.765g + 증류수=500ml)에서 30°C를 유지하며 20분, 40분, 60분, 80분 동안 습식식각한다. Hard anodization of aluminum forms anodic aluminum on the aluminum surface and wet etching to produce nanostructured microstructures on the aluminum surface. First, the aluminum substrate is placed in a 25% perchloric acid ethanol solution and a potential of 20 V is applied for about 5 minutes. Keep the temperature at 7 ° C. Then, anodic oxidation was carried out in 0.3M oxalic acid solution at 0 ° C and 40V for 5 minutes. Anodic oxidation was carried out in a 0.3M oxalic acid solution at 0 ° C and 140V for 6 hours, immersed in a chromic acid solution (chromic oxide 9g + phosphoric acid 20.3ml + distilled water = 500ml) at 65 ° C for 12 hours, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; primarily &lt; / RTI &gt; Followed by secondary anodization. Anodic oxidation was carried out in a 0.3M oxalic acid solution at 0 ° C and 40V for 5 minutes and anodic oxidation in a 0.3M oxalic acid solution for 6 hours at 0 ° C and 140V. Then, wet etching is performed for 20 minutes, 40 minutes, 60 minutes, and 80 minutes in a phosphoric acid solution (5.765 g phosphoric acid + distilled water = 500 ml) at 30 ° C.

도 1에 경질양극산화 공정으로 제작한 양극산화 알루미늄 표면의 주사 전자 현미경 사진을 나타내었다. 습식식각 시간이 증가함에 따라 알루미늄 표면에 뾰족한 나노미터 크기의 돌출물이 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. FIG. 1 shows a scanning electron microscope photograph of the surface of anodized aluminum produced by the hard anodization process. As the wet etching time increases, sharp nanometric protrusions appear clearly on the aluminum surface.

<연질양극 산화를 통한 알루미늄의 표면의 미세 구조 형성>&Lt; Formation of microstructure of aluminum surface through soft anodization >

알루미늄 기판을 25% 과염소산 에탄올 용액에 넣고 약 5분간 20V의 전위를 가해 준다. 온도는 7°C로 유지한다. 이후 0.3M 옥살산용액에서 5분 동안 0°C, 40V의 조건으로 양극산화시킨다. 크롬산 용액(크로믹옥사이드 9g + 인산 20.3ml + 증류수 = 500ml)에 65°C를 유지하며 12시간 동안 담궈서 표면에 1차적으로 형성된 양극산화 알루미늄을 제거한다. 그 다음 2차적 양극산화를 시킨다. 0.3M 옥살산용액에서 5분 동안 0°C, 40V의 조건으로 양극산화시킨다. 이후, 인산용액(인산 5.765g + 증류수=500ml)에서 30°C를 유지하며 일정한 시간 간격 동안 습식식각한다. The aluminum substrate is placed in a 25% perchloric acid ethanol solution and a potential of 20 V is applied for about 5 minutes. Keep the temperature at 7 ° C. Then, anodic oxidation was carried out in 0.3M oxalic acid solution at 0 ° C and 40V for 5 minutes. Chromic acid solution (chromic oxide 9g + phosphoric acid 20.3ml + distilled water = 500ml) is immersed for 12 hours at 65 ° C to remove the anodic aluminum primarily formed on the surface. Followed by secondary anodization. Anodic oxidation was carried out in a 0.3M oxalic acid solution at 0 ° C and 40V for 5 minutes. Thereafter, wet etching is performed at a predetermined time interval while maintaining the temperature at 30 ° C in a phosphoric acid solution (5.765 g of phosphoric acid + distilled water = 500 ml).

<소수성 단분자막의 형성>&Lt; Formation of hydrophobic monomolecular film &

위에서 제작한 양극산화 알루미늄 표면을 5% Nochromix 용액으로 상온에서 20분간 세척하고 증류수로 다시 세척한 후 진공에서 말린 다음 상온의 0.1% volume% HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane)/n-hexane 용액에 10분간 담근 후 꺼내어 n-hexane과 증류수로 세척한다. The surface of the anodized aluminum fabricated above was washed with 5% Nochromix solution for 20 minutes at room temperature, washed again with distilled water, dried in vacuum, and then immersed in 0.1% volume% HDFS (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane) n-hexane solution for 10 minutes, then taken out and washed with n-hexane and distilled water.

도 2는 경질양극산화 시킨 알루미늄 표면에 소수성 자기조립단분자막을 형성한 샘플의 정적접촉각을 측정한 결과이다. 습식식각 시간이 지남에 따라 정적접촉각이 150° 이상으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 2 is a result of measuring the static contact angle of a sample in which a hydrophobic self-assembled monolayer is formed on a hard anodized aluminum surface. As the wet etching time increases, the static contact angle increases more than 150 °.

도 3은 연질양극산화시킨 알루미늄 표면에 소수성 자기조립단분자막을 형성한 샘플에서 전진각과 후퇴각의 변화를 나타내는 그래프이다. 습식식각 시간이 지남에 따라 정적 접촉각이 150° 이상으로 증가하며 동시에 전진각과 후퇴각의 차이가 급격히 감소함을 확인할 수 있다.FIG. 3 is a graph showing changes in forward and backward angles in a sample in which a hydrophobic self-assembled monolayer is formed on a soft anodized aluminum surface. As the wet etching time increases, the static contact angle increases to 150 ° or more, and the difference between the forward angle and the backward angle decreases sharply.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 기술적 구성은 본 발명의 기술적 핵심사항이나 필수적으로 수반되는 조건, 즉 알루미늄의 양극산화에 이은 습식식각 및 소수성 자가조립막 형성이라는 개념을 유지한 채 다른 구체적인 형태로 실시 될 수도 있기 때문에, 본 발명에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 한정적인 것으로 이해되어서는 안 된다.As described above, the technical structure of the present invention is implemented in other specific forms while retaining the technical concept of the present invention or essential conditions, namely, the concept of wet etching followed by anodization of aluminum and formation of hydrophobic self-assembled film It is to be understood that the embodiments described herein are to be interpreted in all aspects as illustrative and not restrictive.

따라서 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시 예보다는 특허청구범위에 의하여 한정 지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출 되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다.Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .

도 1은 옥산산 용액에서 경질양극산화를 통하여 형성된 양극산화알루미늄이 인산용액을 이용한 습식식각 시간에 따라 표면의 구조가 바뀌는 사진.FIG. 1 is a photograph showing a change in surface structure according to wet etching time using an anodic aluminum oxide phosphoric acid solution formed through hard anodization in an oxalic acid solution. FIG.

도 2는 옥산산 용액에서 경질양극산화를 통하여 형성된 양극산화알루미늄이 인산용액을 이용한 습식식각 시간에 따라 정적 접촉각이 150°이상으로 증가하는 그래프.FIG. 2 is a graph in which a static contact angle is increased to 150 ° or more according to a wet etching time using an anodic aluminum oxide phosphoric acid solution formed through hard anodization in an oxalic acid solution.

도 3은 옥산산 용액에서 연질 양극산화를 통하여 형성된 양극산화알루미늄이 인산용액을 이용한 습식식각 시간에 따라 정적 접촉각이 150°이상으로 증가하며 전진각과 후퇴각의 차이가 줄어드는 그래프.FIG. 3 is a graph in which the static contact angle is increased to 150 ° or more and the difference between the forward angle and the backward angle is decreased according to the wet etching time using the anodic aluminum oxide phosphoric acid solution formed through the soft anodization in the oxalic acid solution.

Claims (7)

알루미늄 소재를 -5~0℃의 온도에서 경질양극산화하여 표면에 양극산화 알루미늄을 형성하는 단계;Forming an anodized aluminum on the surface by hard anodizing the aluminum material at a temperature of -5 to 0 占 폚; 크롬산계 용액으로 습식 에칭하여 경질양극산화 알루미늄에 테이퍼 형상의 요철을 형성하는 단계;Wet etching with a chromic acid-based solution to form tapered irregularities on the hard anodized aluminum; 알루미늄의 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 자가세정능 부여를 위한 표면 개질 방법.And forming a hydrophobic self-assembled monolayer film on the unevenness of the aluminum. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 알루미늄 소재의 양극산화는 수산법, 황산법, 인산법, 크롬산법, 붕산법, 및 설파민산법 중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the anodic oxidation of the aluminum material is selected from the group consisting of a sulfuric acid method, a phosphoric acid method, a chromic acid method, a boric acid method, and a sulfamic acid method. 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 3. The method according to claim 1 or 2, 상기 양극산화 알루미늄에 요철을 형성하는 단계에서는 정적 접촉각이 150°이상이 되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the step of forming the irregularities on the anodized aluminum forms a static contact angle of 150 ° or more. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3. The method according to claim 1 or 2, 양극산화 알루미늄의 표면의 소수성 단분자막은 실란기를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the hydrophobic monomolecular film on the surface of the anodized aluminum forms a silane group. 제6항에 있어서, The method according to claim 6, 상기 실란기의 형성은 플루오르알킬기를 포함하는 화학구조를 가짐으로써 소수성 특성을 갖는 실란을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the formation of the silane group is formed using a silane having hydrophobic properties by having a chemical structure comprising a fluoroalkyl group.
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