KR101465561B1 - Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same - Google Patents
Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101465561B1 KR101465561B1 KR1020130101844A KR20130101844A KR101465561B1 KR 101465561 B1 KR101465561 B1 KR 101465561B1 KR 1020130101844 A KR1020130101844 A KR 1020130101844A KR 20130101844 A KR20130101844 A KR 20130101844A KR 101465561 B1 KR101465561 B1 KR 101465561B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- stainless steel
- steel substrate
- superhydrophobic
- micro
- aqueous solution
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/48—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/10—Etching compositions
- C23F1/14—Aqueous compositions
- C23F1/16—Acidic compositions
- C23F1/30—Acidic compositions for etching other metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2202/00—Metallic substrate
- B05D2202/10—Metallic substrate based on Fe
- B05D2202/15—Stainless steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2222/00—Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
- C23C2222/20—Use of solutions containing silanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법 및 이에 의해 표면이 초소수화된 스테인레스강 기재에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for processing a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate, and a stainless steel substrate having a superhydrophilic surface.
소수성(hydrophobicity)은 물에 친화력을 가지지 않는 특성을 의미하며, 친수성(hydrophilicity)은 물에 대하여 친화력을 갖는 특성을 의미한다. Hydrophobicity refers to a property having no affinity to water, and hydrophilicity refers to a property having affinity for water.
고체 표면의 친/소수 특성을 규명하는 방법의 하나로 접촉각 측정을 들 수 있다. 일반적으로 고체 표면 위에 물을 떨어뜨렸을 때, 표면 위에 형성되는 물과 표면의 접촉각이 90°보다 작은 경우에는 친수성 표면, 90°보다 큰 경우에는 소수성 표면이라고 칭한다. 특히, 상기 접촉각이 10°보다 작은 각을 이루며 넓게 퍼진 경우에는 초친수성(super hydrophilicity), 상기 접촉각이 150° 이상의 큰 각을 이루며 접촉각 이력 혹은 경사각도(sliding angle 또는 rolling angle)가 10° 이하로 표면에 동그랗게 맺혀있는 경우에는 초소수성(super hydrophobicity)이라고 한다.
A contact angle measurement is one of the methods of identifying the hydrophilic / hydrophobic characteristics of a solid surface. Generally, when water is dropped on a solid surface, a hydrophilic surface is referred to as a hydrophobic surface when the contact angle between water and the surface formed on the surface is less than 90 °, and a hydrophobic surface when the contact angle is greater than 90 °. Particularly, when the contact angle is smaller than 10 ° and spreads widely, the super hydrophilicity, the contact angle becomes a large angle of 150 ° or more, and the contact angle history or the rolling angle is less than 10 ° When it is rounded on the surface, it is called super hydrophobicity.
특히, 초소수성이 구현된 표면을 갖는 물질이나 재료는 유기물의 오염이 문제가 되는 전자제품의 외장재 또는 습도나 이물질 오염 예방이 필수적인 건축자재에 폭넓게 적용이 가능하다. Particularly, a material or a material having a super-hydrophobic surface can be widely applied to exterior materials of electronic products which are polluted by organic matter or to building materials in which prevention of humidity and foreign matter contamination is essential.
예를 들어, 이러한 초소수성 표면을 갖는 물질이나 재료는 핸드폰, DMB, 네비게이션 등의 모바일 어플리케이션, 노트북, PC 등의 전자기기, TV, 오디오 등의 고급 가전제품, 주방용품, 엘리베이터 내장재, 인테리어용 건물 내외장재, 간판, 욕실자재, 자동차 강판, 자동차 유리 등의 자동차 소재, 전자제품 소자의 분리막 등의 다양한 분야에 적용이 가능하므로, 초소수성 표면을 구현하기 위한 연구가 다각도로 이루어지고 있다.
For example, such a material or material having a superhydrophobic surface may be used in mobile applications such as mobile phones, DMB, and navigation, electronic devices such as notebooks and PCs, high-end home appliances such as TVs and audio devices, kitchen appliances, elevator interiors, The present invention can be applied to a variety of fields such as interior and exterior materials, signboards, bathroom materials, automobile steel sheets, automobile glass materials such as automobile glass, and separators for electronic devices.
이러한 초소수성은 두 가지 요인에 의해서 결정된다. This superhydrophobicity is determined by two factors.
그 중 첫 번째는 화학적 요인으로서, 고체의 표면 에너지나 액체 방울의 표면장력에 의해서 결정된다. 고체의 표면 에너지가 낮으면 소수성을 나타내고, 반대로 표면 에너지가 큰 경우 친수성을 나타낸다. The first of these is a chemical factor, which is determined by the surface energy of the solid and the surface tension of the liquid droplet. When the surface energy of the solid is low, it shows hydrophobicity. On the contrary, when the surface energy is high, it shows hydrophilicity.
두 번째는 물리적 요인으로서 고체 표면의 거칠기(roughness), 즉 표면의 거친 정도에 따라서 친수성 또는 소수성이 변한다. 고체 표면에 있어 상기 두 가지 요인을 적절히 제어하면 접촉각이 초소수성 표면이나 접촉각이 0°에 가까운 초친수성 표면을 형성하는 것이 가능하다.
The second is a physical factor that changes the hydrophilicity or hydrophobicity depending on the roughness of the solid surface, i.e. the roughness of the surface. Proper control of these two factors on the solid surface makes it possible to form superhydrophilic surfaces with a contact angle close to the superhydrophobic surface or a contact angle of 0 °.
한편, 스테인레스는 부식 및 저항성, 적은 유지비, 낮은 비용 등의 장점을 가지고 있으며 150개의 등급으로 나뉘어져 있다. 스테인레스는 요리기구, 하드웨어, 수술기구, 만년필 닙, 산업용 재료, 그리고 자동차와 항공우주 구조물, 큰 빌딩과 같은 건물을 세울 때 건설재료로써 사용될 만큼 스테인레스의 활용도는 굉장히 광범위하다. Stainless steel, on the other hand, has the advantages of corrosion and resistance, low maintenance and low cost, and is divided into 150 grades. Stainless steel is used extensively for construction materials such as cooking utensils, hardware, surgical instruments, fountain nibs, industrial materials, and buildings such as automobiles, aerospace structures, and large buildings.
스테인레스의 장점 중에 하나인 부식특성이 매우 뛰어나다는 것은 초소수성 스테인레스 기재의 필요성을 느끼지 못하게 하겠지만, 이 특성은 티타늄보다 못하며 티타늄 또한 오랜 시간 공기 중에 노출되면 부식이 되기 마련이다. 그러므로 초소수성 스테인레스는 스테인레스의 장점인 부식저항성을 더 뛰어나게 만들어 줄 수 있고, 제조과정이 간단하며 매우 저렴한 비용으로 만들 수 있기 때문에 널리 사용될 수 있다. One of the advantages of stainless steel, the excellent corrosion properties, will not make you feel the need for a superhydrophobic stainless steel substrate, but this property is less than titanium, and titanium will also become corroded if exposed to the air for a long time. Therefore, superhydrophobic stainless steel can be widely used because it can make the corrosion resistance which is the advantage of stainless steel better, the manufacturing process is simple, and it can be made at very low cost.
이러한 소수 혹은 초소수성 금속 표면을 형성하기 위한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 이러한 초소수성 표면을 형성하기 위해서는 표면에 거칠기와 함께 표면에너지 조절이 함께 동반되어야 구현할 수 있다. Research to form such a small number of superhydrophobic metal surfaces has been actively conducted worldwide. In order to form such a superhydrophobic surface, surface roughness and surface energy control must be accompanied with the surface.
스테인레스강 표면의 미세구조를 변화시키는 방법으로는 샌드 블라스팅, 산 용액을 사용한 식각 등이 있다. Methods for changing the microstructure of the stainless steel surface include sand blasting and etching using an acid solution.
종래에 스테인레스강 기재 표면의 미세구조를 변화시킴으로써 초소수성의 스테인레스강 기재 표면을 구현하는 방법에 대한 연구가 많이 이루어졌으며, 그 예들로는 다음과 같다.
Conventionally, there have been a lot of studies on a method of realizing a superhydrophobic stainless steel substrate surface by changing the microstructure of the surface of the stainless steel substrate, for example.
먼저, 비특허문헌 1(Journal of Laser Micro/Nanoengineering 5 (2010) 97-98)에서는 W720 스테인레스를 광학적인 질로 연마하고 3.5 mJ/pulse의 에너지와 120 fs 펄스길이, 790 nm 중심파장, 1 kHz 반복속도의 레이저를 이용해 연마된 기재를 텍스처링(texturing)하였다. 이렇게 얻은 스테인레스 표면의 물 접촉각은 170°이었다. First, non-patent document 1 (Journal of Laser Micro / Nanoengineering 5 (2010) 97-98) discloses that W720 stainless steel is polished with optical quality and has energy of 3.5 mJ / pulse, 120 fs pulse length, 790 nm center wavelength, 1 kHz repetition The abraded substrate was textured using a laser of speed. The water contact angle of the stainless steel surface thus obtained was 170 °.
상기 연마(Polishing)와 레이저(laser)를 통해 얻은 초소수성 스테인레스 기재의 접촉각은 매우 뛰어나다. 그러나, 설비장비, 출력에너지, 비용 등을 고려하였을 때, 상기 제조방법에 의해 제조된 초소수성 스테인레스 기재 높은 가격을 가져 실제로 응용하는 하는 것은 매우 어렵다.
The contact angle of the superhydrophobic stainless steel substrate obtained through the above polishing and laser is very excellent. However, when the equipment, the output energy, and the cost are taken into account, it is very difficult to actually apply the ultra-hydrophobic stainless steel substrate manufactured by the above manufacturing method at a high price.
다음으로, 비특허문헌 2(Applied Materials & Interfaces 4 (2012) 4549-4556)에서는 스테인레스강을 48 내지 51%의 불산 용액을 50°C로 가열한 용액에 5분 담그고, 부동태화를 시키기 위해 50% 질산 용액에 30분간 50°C로 가열한 용액에 담근다. 부동태화 되어있는 스테인레스강 기재를 스퍼터링 공정을 통해 박막을 증착시키면, 이렇게 제작된 초소수성 스테인레스강 표면은 최대 157.3°의 물 접촉각을 갖는다.Next, in a non-patent reference 2 (Applied Materials & Interfaces 4 (2012) 4549-4556), a 48 to 51% hydrofluoric acid solution of stainless steel was immersed in a solution heated at 50 ° C for 5 minutes, % Nitric acid solution for 30 minutes at 50 ° C. When a thin film is deposited on a passivated stainless steel substrate through a sputtering process, the superhydrophobic stainless steel surface thus produced has a water contact angle of up to 157.3 °.
상기와 같이 불산과 질산을 이용한 식각 및 부동태화 공정을 거쳐 스퍼터링을 이용한 고분자 박막을 증착한 초소수성 스테인레스강의 경우 최대 157.3°의 낮은 물 접촉각을 가진다. 그리고 플라스마를 이용한 박막의 증착은 설비시설에 많은 비용이 지출되며 유지비용 역시 많은 비용이 지출되어 실제 응용에 한계가 있다.
As described above, in the case of the superhydrophobic stainless steel deposited by sputtering through the etching and passivation process using hydrofluoric acid and nitric acid, the water contact angle is as low as 157.3 °. In addition, the deposition of thin films using plasma is costly in facility facilities and maintenance costs are also expensive, which limits practical applications.
다음으로, 비특허문헌 3(Applied Surface Science 255 (2008) 3459-3462)에서는 샌드블라스팅을 이용해 스테인레스강 기재 표면에 거칠기를 주고, 니켈이 포함된 화학용액에 담궈 무전해 도금을 한 후 플루오르화기가 포함된 용액을 사용해 화학적인 초소수성 스테인레스강 기재를 제작하였다. Next, in Non-Patent Document 3 (Applied Surface Science 255 (2008) 3459-3462), roughness is imparted to the surface of a stainless steel substrate by sand blasting, electroless plating is performed by immersing the surface in a chemical solution containing nickel, A chemical superhydrophobic stainless steel substrate was prepared using the included solution.
상기의 방법으로 제작된 초소수성 스테인레스의 물 접촉각은 최대 150°이며 슬라이딩 앵글은 4°를 나타냈다. 샌드블라스팅, 무전해 도금, 플루오르화의 총 공정시간이 최소 하루가 넘게 걸리며 초소수 특성 역시 좋지 않으므로 실제로 응용을 하기에는 어려움이 있다.
The water contact angle of superhydrophobic stainless steel manufactured by the above method was maximum 150 ° and the sliding angle was 4 °. Sandblasting, electroless plating, and fluorination require a total process time of at least one day, and the superfine number characteristic is also poor, making it difficult to actually apply.
상기 초소수성 스테인레스강 기재의 구현방법과 관련된 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0599358호에서는 소수성을 향상시키기 위한 금속 표면 처리 방법 및 장치가 개시된 바 있다. 구체적으로는, (a) 진공조 내에 위치한 전도성 시료대 위에 금속 시료를 위치시키는 단계,(b) 진공조 내에 플라즈마원 기체를 도입하는 단계, (c) 도입된 플라즈마원 기체로부터 플라즈마를 발생시키는 단계, (d) 음의 고전압 펄스를 상기 금속 재료에 가하여, 플라즈마로부터 추출된 이온이 고에너지를 보유한 채 상기 금속 시료의 표면에 주입되도록 하는 단계, 및 (e) 이온 주입 후, 시료의 온도를 상승시켜 열처리하는 단계를 포함하는, 금속 표면의 소수성을 향상시키는 방법이 개시된 바 있다. As a conventional technique related to the method of fabricating the superhydrophobic stainless steel substrate, Korean Patent Registration No. 10-0599358 discloses a method and apparatus for treating a metal surface for improving hydrophobicity. (B) introducing a plasma source gas into the vacuum chamber; (c) generating a plasma from the introduced plasma source gas; and (c) introducing the plasma source gas into the vacuum chamber. (d) adding a negative high voltage pulse to the metal material so that the ions extracted from the plasma are injected into the surface of the metal sample with high energy, and (e) after the ion implantation, And then heat treating the metal surface to improve the hydrophobicity of the metal surface.
하지만, 상기와 같은 플라즈마를 사용하는 방법은 비용이 많이 소모되는 문제점이 있다.
However, the above-described method using plasma has a problem in that it is costly.
이에, 본 발명자들은 스테인레스강 기재 표면의 초소수성 구현 방법에 대하여 연구하던 중, 스테인레스강 기재 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하고 마이크로 테라스 구조상에 나노 크기의 잎 구조를 유도하여 계층구조를 형성한 후, 불소계 화합물을 이용하여 상기 계층구조를 개질한 스테인레스강 기재가 170˚ 이상의 높은 접촉각 및 1 내지 2˚의 낮은 슬라이딩 각을 나타내는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have been studying a superhydrophobic method for the surface of a stainless steel substrate. The inventors of the present invention formed a micro-terrace structure on the surface of a stainless steel substrate, induced a nano-sized leaf structure on the micro- It has been confirmed that the stainless steel base material having the above-mentioned hierarchical structure using a fluorine-based compound exhibits a high contact angle of 170 DEG or more and a sliding angle of 1 to 2 DEG.
본 발명의 목적은SUMMARY OF THE INVENTION
초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 제공하는 데 있다.
And a method of processing a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate.
본 발명의 다른 목적은Another object of the present invention is
상기 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 의해 표면이 초소수화된 스테인레스강 기재를 제공하는 데 있다.
And a surface of the superhydrophobic stainless steel substrate is processed by a method of processing the surface of the stainless steel substrate.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계(단계 1); 및Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1); And
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재In the step 1, the micro-terrace structure is formed on the surface of the stainless steel substrate
를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노Is treated with an aqueous solution containing a halogen ion to form nano-
잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 제공한다.
(Step 2) of forming a layer structure in which a leaf structure is induced. The present invention also provides a method of processing a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate.
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계(단계 1); Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1);
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재In the step 1, the micro-terrace structure is formed on the surface of the stainless steel substrate
를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노Is treated with an aqueous solution containing a halogen ion to form nano-
잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2); 및Forming a hierarchical structure in which leaf structures are derived (step 2); And
상기 단계 2의 스테인레스강 기재 표면을 불소계 화합물로 표면개질하는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 제공한다.
And a step (3) of surface-modifying the surface of the stainless steel base material of
나아가, 본 발명은, Further,
상기 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 의해 표면이 초소수화된 스테인레스강 기재를 제공한다.
The surface of the superhydrophobic stainless steel base material is micro-hydrated by the processing method of the surface of the stainless steel base.
본 발명에 따라 가공된 스테인레스강 기재는 스테인레스강 기재 표면을 산성용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조를 형성하고, 할로겐 이온이 포함된 수용액으로 나노 잎 구조를 형성하여 저렴하고 간단한 공정으로 초소수성 표면을 구현할 수 있고, 상기 스테인레스강 기재에 계층구조를 구현한 후 불소계 화합물로 표면 개질함으로써 현저히 우수한 초소수성을 구현할 수 있다. The stainless steel substrate processed according to the present invention can be obtained by treating a surface of a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terra structure, forming a nanofiber structure with an aqueous solution containing a halogen ion, By implementing the hierarchical structure on the stainless steel substrate and then modifying the surface of the stainless steel substrate with a fluorine-based compound, super-hydrophobicity can be realized remarkably.
또한, 상기 제조방법에 따라 제조된 스테인레스강 기재는 우수한 내구성을 가짐으로써 상온에서 장시간 동안 구조의 변형이 없으며, 이로 인하여 발현된 초소수성의 온도 및 시간적 한계가 없으므로 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.
In addition, the stainless steel base material produced according to the above-described method has excellent durability so that there is no deformation of the structure at room temperature for a long time, and there is no temperature and time limit of the superhydrophobicity expressed thereby, .
도 1은 본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 대한 모식도이고;
도 2는 실시예 2 내지 6의 단계 1에서 제조된 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진과 접촉각 측정기로 관찰한 사진이고;
도 3은 실시예 2에서 제조된 초소수성 스테인레스강 기재 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진과 접촉각 측정기로 관찰한 사진 및 시간에 따른 접촉각 변화를 나타낸 그래프이고;
도 4는 실시예 2 내지 6에서 제조된 초소수성 스테인레스강 기재 표면을 접촉각 측정기로 관찰한 사진이다. 1 is a schematic view of a method of processing a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate according to the present invention;
FIG. 2 is a photograph of a surface of a stainless steel substrate having a micro-terrace structure formed in Step 1 of Examples 2 to 6 observed with a scanning electron microscope and a contact angle meter; FIG.
FIG. 3 is a graph showing the contact angle of the surface of the ultra-hydrophobic stainless steel substrate prepared in Example 2 with a scanning electron microscope and a contact angle meter; FIG.
4 is a photograph of the surface of the superhydrophobic stainless steel substrate produced in Examples 2 to 6 with a contact angle meter.
본 발명은, According to the present invention,
스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계(단계 1); 및Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1); And
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재In the step 1, the micro-terrace structure is formed on the surface of the stainless steel substrate
를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노 잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 제공한다.
(Step 2) of forming a hierarchical structure in which a nano-leaf structure is induced on a micro-terra structure by treating the micro-terra structure with an aqueous solution containing a halogen ion (step 2) .
이때, 본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법의 일례를 도 1의 그림을 통해 개략적으로 도시하였으며, Here, an example of a method of processing the surface of the ultra-hydrophobic stainless steel substrate according to the present invention is schematically shown in FIG. 1,
이하, 본 발명에 다른 상기 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method of processing the surface of the ultra-hydrophobic stainless steel substrate according to the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 있어서, 상기 단계 1은 스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계로서, 보다 구체적으로는, 스테인레스강 기재를 산성용액에 침지시킴으로써 마이크로 크기의 테라스 구조, 즉 주사위(dice) 형태의 결정들이 스테인레스강 기재 표면에 형성되는 단계이다.In the method of working a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate according to the present invention, the step 1 is a step of forming a micro-terrace structure on a surface by etching a stainless steel substrate with an acidic solution. More specifically, A micro-sized terrace structure, that is, crystals in the form of a dice, is formed on the surface of a stainless steel substrate by immersing the steel substrate in an acidic solution.
본 발명에서는 상기와 같이 산성용액에 스테인레스강 기재를 침지시키는 간단한 공정으로 마이크로 테라스 구조를 형성할 수 있다.
In the present invention, a micro-terrace structure can be formed by a simple process of immersing a stainless steel base material in an acidic solution as described above.
이때, 본 발명에 따른 상기 산성 용액으로는 불소산, 염산, 브롬산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용액을 사용할 수 있으나, 상기 산성용액이 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 불소산을 사용할 수 있다. At this time, as the acidic solution according to the present invention, at least one solution selected from the group consisting of fluoric acid, hydrochloric acid and bromic acid may be used, but the acidic solution is not limited thereto, .
상기 산성 용액에 스테인레스강 표면을 침지시키는 경우, 스테인레스강 표면이 식각되어 마이크로 테라스 구조를 형성할 수 있다.
When the surface of the stainless steel is immersed in the acid solution, the surface of the stainless steel is etched to form a micro-terrace structure.
상기 산성용액은 48 내지 51 % 의 불소산 용액을 사용할 수 있다. The acid solution may be a 48 to 51% fluoric acid solution.
만약, 상기 산성용액이 48% 미만의 불소산 용액인 경우에는 주로 세척용으로 사용되며, 마이크로 테라스 구조를 형성하기 위해 상기 용액을 사용하는 경우에는 식각이 제대로 수행되지 못하며 장시간이 소요되는 문제점이 있고, 상기 산성용액이 51% 를 초과하는 불소산 용액인 경우에는 사용시 위험하며 비용이 많이 소모되는 문제점이 있다.
If the acidic solution is less than 48% of the fluoric acid solution, it is mainly used for cleaning, and if the solution is used to form the micro-terrace structure, etching can not be performed properly and it takes a long time And when the acidic solution is a fluoric acid solution having a concentration of more than 51%, it is dangerous to use and it is expensive.
한편, 상기 단계 1의 식각은 10분 내지 20분 동안 수행할 수 있다. On the other hand, the etching of the step 1 may be performed for 10 minutes to 20 minutes.
만약, 상기 식각이 10분 미만으로 수행되는 경우에는 충분한 거칠기가 생성되지 않아 낮은 접촉각을 나타내는 문제점이 있고, 상기 식각이 20분을 초과하여 수행되는 경우에는 긴 습식 식각의 진행으로 인하여 주사위 형태의 결정이 손상을 받으면서 테라스 구조가 파괴되어 낮은 접촉각을 나타내는 문제점이 있다.
If the etching is performed for less than 10 minutes, there is a problem that sufficient roughness is not generated, resulting in a low contact angle. If the etching is performed for more than 20 minutes, The structure of the terrace is destroyed while suffering such damage, which causes a problem that the contact angle is low.
본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노 잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계로서, 상기 단계 1에서 형성된 마이크로 테라스 구조상에 나노 크기의 잎 구조가 유도된 계층구조를 형성함으로써 표면 거칠기를 최대화하고 이로 인하여 소수성을 극대화시키는 단계이다.
상기 단계 2에서는 단계 1에서 제조된 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재를 할로겐 이온을 포함하는 수용액에 침지시키는 간단한 공정으로 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재 위에 연속적으로 나노 잎 구조를 형성하여 계층구조를 가진 스테인레스강 기재를 제조할 수 있다.
In
이때, 상기 단계 2의 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl) 및 브롬화나트륨(NaBr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐화 염이 용해된 수용액을 사용할 수 있으나, 상기 할로겐 이온을 포함하는 수용액이 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 NaCl을 포함하는 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. At this time, the aqueous solution containing the halogen ion in
,,
상기 단계 2의 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 0.05 내지 0.5 중량 %의 염화나트륨 수용액일 수 있다. The aqueous solution containing the halogen ion in
만약, 상기 염화나트륨 수용액이 0.05 중량 % 미만으로 첨가되는 경우에는 나노 잎 구조 형성에 많은 시간이 소요되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 염화나트륨 수용액이 0.5 중량 %를 초과하여 첨가되는 경우에도 본 발명에서 한정한 범위로 나노 잎 구조를 형성할 때와 같은 속도로 나노 잎 구조가 형성되어 비용효율이 감소하는 문제점이 있다.
If the sodium chloride aqueous solution is added in an amount of less than 0.05% by weight, it may take a long time to form a nanofiber structure. When the sodium chloride aqueous solution is added in an amount of more than 0.5% by weight, There is a problem that the nano-leaf structure is formed at the same speed as that of forming the nano-leaf structure in the range, and the cost efficiency is reduced.
한편, 상기 단계 2의 잎 구조 유도는 2 내지 4시간 동안 수행할 수 있다. On the other hand, the leaf structure induction in
만약, 만약, 상기 계층구조를 유도하는 시간이 2시간 미만인 경우, 나노 잎 구조가 충분히 형성되지 않아 소수성이 저하되는 문제가 있으며, 계층구조를 유도하는 시간이 4시간을 초과하는 경우에는 4시간을 초과하여 수행하였을 경우 형성되는 나노 잎 구조의 형성넓이, 깊이 및 형태 정도가 4시간 경과 하였을 때와 그 값이 동일하므로 시간적 가공효율이 감소하는 문제가 있다.
If the time for inducing the hierarchical structure is less than 2 hours, there is a problem that the nanofiber structure is not sufficiently formed and the hydrophobicity is deteriorated. If the time for inducing the hierarchical structure exceeds 4 hours, 4 hours Depth and morphology of formed nano-leaf structure are different from each other when 4 hours have elapsed. As a result, there is a problem that the temporal processing efficiency is decreased.
또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,
스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계(단계 1); Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1);
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재In the step 1, the micro-terrace structure is formed on the surface of the stainless steel substrate
를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노Is treated with an aqueous solution containing a halogen ion to form nano-
잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2); 및Forming a hierarchical structure in which leaf structures are derived (step 2); And
상기 단계 2의 스테인레스강 기재 표면을 불소계 화합물로 표면개질하는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 제공한다.
And a step (3) of surface-modifying the surface of the stainless steel base material of
이때, 본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법의 일례를 도 1의 그림을 통해 개략적으로 도시하였으며, Here, an example of a method of processing the surface of the ultra-hydrophobic stainless steel substrate according to the present invention is schematically shown in FIG. 1,
이하, 본 발명에 다른 상기 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method of processing the surface of the ultra-hydrophobic stainless steel substrate according to the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 있어서, 상기 단계 1은 스테인레스강(stainless steel) 기재를 산성용액으로 식각하여 표면에 마이크로 테라스 구조를 형성하는 단계이다.
In the method of working a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate according to the present invention, the step 1 is a step of forming a micro-terrasonic structure on a surface by etching a stainless steel substrate with an acidic solution.
이때, 본 발명에 따른 상기 산성 용액으로는 불소산, 염산, 브롬산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용액을 사용할 수 있으나, 상기 산성용액이 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 불소산을 사용할 수 있다.
At this time, as the acidic solution according to the present invention, at least one solution selected from the group consisting of fluoric acid, hydrochloric acid and bromic acid may be used, but the acidic solution is not limited thereto, .
상기 산성용액은 48 내지 51 % 의 불소산 용액을 사용할 수 있고, 상기 단계 1의 식각은 10분 내지 20분 동안 수행할 수 있다.
The acidic solution may use 48 to 51% of a fluoric acid solution, and the etching of the step 1 may be performed for 10 to 20 minutes.
본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노 잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계이다.
이때, 상기 단계 2의 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl) 및 브롬화나트륨(NaBr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐화 염이 용해된 수용액을 사용할 수 있으나, 상기 할로겐 이온을 포함하는 수용액이 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 NaCl을 포함하는 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. At this time, the aqueous solution containing the halogen ion in
한편, 상기 단계 2의 잎 구조 유도는 2 내지 4시간 동안 수행할 수 있다.
On the other hand, the leaf structure induction in
본 발명에 따른 상기 단계 3은 상기 단계 2는 스테인레스강 기재 표면을 불소계 화합물로 표면개질하는 단계이다. Step 3 in the step 3 according to the present invention is a step of surface-modifying the surface of the stainless steel base material with a fluorine-based compound.
본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법은 물리적으로 표면적을 최대화시키는 계층구조를 스테인레스강 기재 표면에 구현함으로써 스테인레스강 기재 표면에 초소수성을 부여함과 동시에 화학적으로 스테인레스강 기재 표면의 계층구조상에 불소계 화합물로 개질하여 표면 에너지를 감소시킴으로써 초소수성을 극대화하여 170°이상의 접촉각을 가질 수 있다.
The method of processing a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate according to the present invention is a method of processing a surface of a stainless steel substrate by physically realizing a hierarchical structure that maximizes a surface area on a surface of a stainless steel substrate, By modifying the structure with a fluorine compound to reduce the surface energy, the superhydrophobicity can be maximized and a contact angle of 170 DEG or more can be obtained.
이때, 상기 불소계 화합물로는 트라이클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루At this time, as the fluorine-based compound, trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-
오로옥틸)실란{trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane}, 트리클로로(3,3,3-(Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane}, trichloro (3,3,3-
트라이플루오로프로필)실란{trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane}, 트라이클로(Trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane}, triacyl
로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란{trichloro(1H,1H,2H,2Hperfluorodecyl)(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyl) silane {trichloro
silane}, 트라이플루오로프로필-트라이메톡시실silane}, trifluoropropyl-trimethoxy silane
란(trifluoropropyl-trimethoxysilane), 트라이플루오로프로필-트라이에톡시실(Trifluoropropyl-trimethoxysilane), trifluoropropyl-triethoxysilane
란(trifluoropropyl-triethoxysilane), 트라이데카플루오로옥틸-트라이메톡시실(Trifluoropropyl-triethoxysilane), tridecafluorooctyl-trimethoxy silane
란(tridecafluorooctyl-trimethoxysilane), 트라이데카플루오로옥틸-트라이에톡시Tridecafluorooctyl-trimethoxysilane, tridecafluorooctyl-triethoxy
실란(tridecafluorooctyl-triethoxysilane), 헵타데카플루오로데실-트라이메톡시실Silane (tridecafluorooctyl-triethoxysilane), heptadecafluorodecyl-trimethoxysil
란(heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane), 헵타데카플루오로데실-트라이에톡시Heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane, heptadecafluorodecyl-triethoxy
실란(heptadecafluorodecyl-triethoxysilane) 등을 사용할 수 있으나, 상기 불소계 화합물이 이에 제한되는 것은 아니다.
Heptadecafluorodecyl-triethoxysilane, and the like, but the fluorine-based compound is not limited thereto.
또한, 상기 단계 3의 수행 후, 불소계 화합물로 개질된 스테인레스강 기재를 190℃ 내지 210℃에서 0.5시간 내지 2시간 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The method may further include a step of heat-treating the stainless steel base material modified with the fluorine-based compound at 190 ° C to 210 ° C for 0.5 hours to 2 hours after the step 3 is performed.
상기 열처리를 수행함으로써, 구리 표면의 수산화 그룹과, 저표면에너지를 만들기 위한 불소계 화합물의 화학적 결합이 잘 이루어지게 할 수 있다.
By performing the heat treatment, the chemical bonding of the hydroxyl group of the copper surface and the fluorine-based compound for making low surface energy can be performed well.
나아가, 본 발명은, Further,
상기 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 의해 표면이 초소수화된 스테인레스강 기재를 제공한다.
The surface of the superhydrophobic stainless steel base material is micro-hydrated by the processing method of the surface of the stainless steel base.
본 발명에 따라 가공된 스테인레스강 기재는 스테인레스강 기재 표면에 마이크로 테라스 구조 및 나노 잎 구조를 포함하는 계층구조로 구현한 후 불소계 화합물로 표면 개질되어 가공됨으로써 물에 대한 170°이상의 접촉각 및 1 내지 2°의 경사각을 나타내는 현저히 우수한 초소수성을 갖는다. The stainless steel substrate processed in accordance with the present invention is formed into a hierarchical structure including a micro-terrace structure and a nano-leaf structure on the surface of a stainless steel substrate, and then is surface-modified with a fluorine compound to be processed to have a contact angle of 170 deg. And exhibits remarkably excellent superhydrophobicity.
또한, 스테인레스강 기재 표면의 계층구조는 우수한 내구성을 가져 상온에서도 장시간 동안 구조의 변형이 없으며, 이로 인하여 발현된 초소수성의 시간적 한계가 없다는 장점이 있다.In addition, the hierarchical structure of the surface of the stainless steel substrate has an excellent durability so that there is no deformation of the structure at a room temperature for a long time, and there is no temporal limit of the super-hydrophobic property expressed thereby.
따라서, 본 발명에 따른 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법에 의해 표면이 초소수화된 스테인레스강 기재는 핸드폰, DMB, 네비게이션 등의 모바일 어플리케이션; 노트북, PC 등의 전자기기; TV, 오디오 등의 고급 가전제품; 주방용품; 엘리베이터 내장재; 인테리어용 건물 내외장재; 간판; 욕실자재; 자동차 강판, 자동차 유리 등의 자동차 소재; 전자제품 소자의 분리막 등의 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the stainless steel substrate having a superhydrophilic surface by the method of processing the surface of the superhydrophobic stainless steel substrate according to the present invention can be applied to mobile applications such as mobile phones, DMB, and navigation systems; Electronic devices such as notebook computers and PCs; High-end consumer electronics such as TVs and audio; kitchen utensils; Elevator lining; Interior and exterior building interior materials; Sign; Bathroom material; Automotive materials such as automotive steel sheets and automobile glass; A separation membrane of an electronic device, and the like.
<실시예 1> 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공 1Example 1 Processing of a surface of a superhydrophobic stainless steel substrate 1
단계 1: 스테인레스강 기재(SUS430)를 48 내지 51%의 불소산(HF) 용액에 20분 동안 침지하여 마이크로 테라스 구조를 형성하였다.
Step 1: A stainless steel substrate (SUS430) was immersed in a 48 to 51% solution of fluoric acid (HF) for 20 minutes to form a micro-terrace structure.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재를 100℃의 0.1 중량% NaCl 수용액에 침지하여 3시간 동안 끓여 나노 잎 구조를 형성하였다.
Step 2: The stainless steel substrate having the micro-terrace structure formed in step 1 was immersed in a 0.1 wt% NaCl aqueous solution at 100 캜 and boiled for 3 hours to form a nanofiber structure.
<실시예 2> 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공 2<Example 2> Processing of superhydrophobic stainless
단계 1: 스테인레스강 기재(SUS430)를 48 내지 51%의 불소산(HF) 용액에 20분 동안 침지하여 마이크로 테라스 구조를 형성하였다.
Step 1: A stainless steel substrate (SUS430) was immersed in a 48 to 51% solution of fluoric acid (HF) for 20 minutes to form a micro-terrace structure.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재를 100℃의 0.1 중량% NaCl 수용액에 침지하여 3시간 동안 끓여 나노 잎 구조를 형성하였다.
Step 2: The stainless steel substrate having the micro-terrace structure formed in step 1 was immersed in a 0.1 wt% NaCl aqueous solution at 100 캜 and boiled for 3 hours to form a nanofiber structure.
단계 3: 상기 단계 2에서 제조된 마이크로 테라스와 나노 잎의 계층구조가 형성된 스테인레스강 기재에 트라이클로로실란(PEOS) 0.048 g을 10 ml 의 헥산에 용해시킨 용액에 상기 단계 2에서 제조된 계층구조를 가진 스테인레스강 기재를 상온에서 10 분간 침지한 후, 200℃에서 1시간 동안 열처리하여 표면이 불소화 화합물로 개질된 스테인레스강 기재를 얻었다.
Step 3: To the solution prepared by dissolving 0.048 g of trichlorosilane (PEOS) in 10 ml of hexane in the stainless steel substrate having the hierarchical structure of the micro-terraces and nano leaves prepared in the
<실시예 3>≪ Example 3 >
단계 1의 마이크로 테라스 구조 형성을 위해 5분 동안 식각을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 스테인레스강 기재의 표면을 제조하였다.
The surface of the stainless steel substrate was prepared in the same manner as in Example 2, except that the etching was performed for 5 minutes to form the micro-terrace structure of Step 1.
<실시예 4><Example 4>
단계 1의 마이크로 테라스 구조 형성을 위해 10분 동안 식각을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 스테인레스강 기재의 표면을 제조하였다.
The surface of the stainless steel substrate was prepared in the same manner as in Example 2, except that the etching was performed for 10 minutes to form the micro-terrace structure of Step 1.
<실시예 5>≪ Example 5 >
단계 1의 마이크로 테라스 구조 형성을 위해 15분 동안 식각을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 스테인레스강 기재의 표면을 제조하였다.
The surface of the stainless steel substrate was prepared in the same manner as in Example 2, except that the etching was performed for 15 minutes to form the micro-terrace structure of Step 1.
<실시예 6>≪ Example 6 >
단계 1의 마이크로 테라스 구조 형성을 위해 25분 동안 식각을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 스테인레스강 기재의 표면을 제조하였다.
The surface of the stainless steel substrate was prepared in the same manner as in Example 2, except that the etching was performed for 25 minutes to form the micro-terrace structure of Step 1.
<실험예 1> 마이크로 테라스 구조 형성을 위한 식각 시간에 따른 스테인레스강 기재의 초소수성 관찰<Experimental Example 1> Ultrahydrophobic observation of stainless steel substrate according to etching time for forming micro-terrace structure
상기 실시예 2 내지 6의 단계 1에서 제조된 마이크로 테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재의 표면을 관찰하기 위해 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 관찰하고, 상기 스테인레스강 기재의 접촉각을 측정하기 위해 접촉각 측정기(DFK61AUC02, IMAGINGSOURCE)로 측정하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다. In order to observe the surface of the stainless steel substrate formed with the micro-terraced structure manufactured in Step 1 of Examples 2 to 6, a scanning electron microscope (SEM) was used to observe the contact angle of the stainless steel substrate, and a contact angle meter (DFK61AUC02 , IMAGINGSOURCE). The results are shown in Fig.
또한, 상기 실시예 2 내지 6에서 제조된 스테인레스강 기재의 접촉각을 측정하기 위해, 접촉각 측정기(DFK61AUC02, IMAGINGSOURCE)로 측정하여, 그 결과를 표 1 및 도 4에 나타내었다.
In order to measure the contact angles of the stainless steel substrates produced in Examples 2 to 6, the contact angle was measured with a contact angle meter (DFK61AUC02, IMAGING SOURCE). The results are shown in Table 1 and FIG.
먼저, 마이크로테라스 구조가 형성된 스테인레스강 기재의 표면을 관찰하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 5분 동안 식각을 수행한 실시예 3의 경우에는 표면의 거칠기가 크지 않고, 10분 동안 식각을 수행한 실시예 4의 경우 또한, 거칠기가 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 15분 이상의 시간 동안 식각을 수행한 실시예 2 및 실시예 5, 실시예 6의 경우에는 표면의 거칠기가 매우 크게 나타났다. First, when the surface of the stainless steel substrate on which the micro-terraced structure was formed was observed, as shown in Fig. 2, in the case of Example 3 where the etching was performed for 5 minutes, the surface roughness was not large and the etching was performed for 10 minutes In the case of Example 4, it was also found that the roughness was not large. However, the surface roughness of Example 2, Example 5, and Example 6 in which etching was performed for 15 minutes or more was very large.
또한, 5분 동안 식각을 수행하여 마이크로 테라스 구조가 형성된 실시예 3의 경우에는 143°, 10분 동안 식각을 수행하여 마이크로 테라스 구조가 형성된 실시예 4의 경우에는 161°, 15분 동안 식각을 수행하여 마이크로 테라스 구조가 형성된 실시예 5의 경우에는 162°, 20분 동안 식각을 수행하여 마이크로 테라스 구조가 형성된 실시예 2의 경우에는 164°, 25분 동안 식각을 수행하여 마이크로 테라스 구조가 형성된 실시예 6의 경우에는 157°로 나타났다. In the case of Example 3 in which the micro-terrace structure was formed for 5 minutes, etching was performed for 143 minutes in 10 minutes, and etching in 161 ° for 15 minutes in Example 4 in which the micro-terrace structure was formed In the case of Example 5 in which the micro-terrace structure was formed, the etching was performed at 162 ° for 20 minutes, and in the case of Example 2 where the micro-terrace structure was formed, the etching was performed at 164 ° for 25 minutes, 6 was 157 °.
이와 같이, 단계 1의 식각은 10분 내지 20분 동안 수행되는 경우 가장 안정적이고 균일한 마이크로 테라스 구조가 형성되어 우수한 소수성을 나타내는 것을 알 수 있다.
As described above, it can be seen that when the etching of step 1 is performed for 10 minutes to 20 minutes, the most stable and uniform micro-terrace structure is formed and exhibits excellent hydrophobicity.
표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 단계 1 수행 후보다, 나노 잎을 형성하고, 불소계 화합물로 표면을 개질한 단계 3의 수행 후의 접촉각이 3 내지 5°가량 향상된 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1 and FIG. 4, it can be seen that the contact angle after the step 3, in which the nanofibers were formed and the surface was modified with the fluorine compound, was improved by about 3 to 5 degrees after the step 1 was performed.
실시예 3의 경우 단계 1의 수행 후보다 접촉각이 3°만큼 향상되어 146°의 접촉각을 갖는 것으로 나타났고, 실시예 4의 경우는 접촉각이 5°만큼 향상되어 166°, 실시예 5의 경우는 접촉각이 4°만큼 향상되어 166°, 실시예 2의 경우는 접촉각이 4°만큼 향상되어 168°, 실시예 6의 경우는 접촉각이 4°만큼 향상되어 161°의 접촉각을 갖는 것으로 나타났다. In the case of Example 3, the contact angle was improved by 3 degrees and the contact angle was 146 degrees after the execution of Step 1. In the case of Example 4, the contact angle was improved by 5 degrees to 166 degrees, The contact angle was improved by 4 ° to 166 °, in the case of Example 2, the contact angle was improved by 4 ° to 168 °, and in the case of Example 6, the contact angle was improved by 4 ° to have a contact angle of 161 °.
이와 같이, 가장 안정적인 마이크로 테라스 구조가 형성되는 10분 내지 20분동안 식각이 수행되는 경우에는, 후에 소수성 표면을 구현하기 위한 단계의 수행 후에도 높은 접촉각을 갖는 것으로 나타났다.
Thus, when the etching is performed for 10 minutes to 20 minutes in which the most stable micro-terrace structure is formed, it has been found that the contact angle also has a high contact angle even after the step for implementing the hydrophobic surface is performed.
<실험예 2> 초소수성 스테인레스강 표면의 내구성 관찰<Experimental Example 2> Durability of superhydrophobic stainless steel surface
상기 실시예 2에서 제조된 스테인레스강 기재의 내구성을 관찰하기 위해서, 상온의 공기 분위기에서 30일 동안 상기 스테인레스강 기재의 접촉각 및 슬라이딩 앵글(sliding angle)을 접촉각 측정기(DFK61AUC02, IMAGINGSOURCE)로 관찰하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다. In order to observe the durability of the stainless steel base material produced in Example 2, the contact angle and sliding angle of the stainless steel base material were observed with a contact angle meter (DFK61AUC02, IMAGING SOURCE) for 30 days in an air atmosphere at room temperature, The results are shown in Fig.
도 3에 도시한 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 스테인레스강 기재는 마이크로 테라스 구조와 그 위로 나노스케일의 잎 구조가 형성되어 168°의 우수한 접촉각과 1 내지 2°의 슬라이딩 앵글을 갖는다. 이러한 특성은 30일 후에도 유지되는 것으로 나타났다. As shown in FIG. 3, the stainless steel substrate prepared in Example 2 has a micro-terrace structure and a nanoscale leaf structure thereon, and has an excellent contact angle of 168 ° and a sliding angle of 1 to 2 °. These characteristics were maintained even after 30 days.
이를 통해, 상온의 대기 분위기에서도 장시간 동안 내구성을 갖는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 구현이 가능함을 알 수 있다. As a result, it is possible to realize a superhydrophobic stainless steel substrate surface having durability over a long period of time in an atmospheric ambient atmosphere.
Claims (10)
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하며,
상기 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl) 및 브롬화나트륨(NaBr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐화 염이 용해된 수용액인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1); And
(Step 2) of forming a hierarchical structure in which a nanofiber structure is induced on a micro-terra structure by treating a stainless steel substrate having a micro-terrace structure formed on its surface with an aqueous solution containing a halogen ion in the step 1,
Wherein the aqueous solution containing the halogen ion is an aqueous solution in which at least one halogenated salt selected from the group consisting of sodium fluoride (NaF), sodium chloride (NaCl) and sodium bromide (NaBr) is dissolved. .
상기 단계 1에서 마이크로 테라스 구조가 표면에 형성된 스테인레스강 기재를 할로겐 이온을 포함하는 수용액으로 처리하여 마이크로 테라스 구조상에 나노잎 구조가 유도된 계층구조를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 스테인레스강 기재 표면을 불소계 화합물로 표면개질하는 단계(단계 3);를 포함하며,
상기 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl) 및 브롬화나트륨(NaBr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐화 염이 용해된 수용액인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
Etching a stainless steel substrate with an acidic solution to form a micro-terrace structure on the surface (step 1);
(Step 2) of forming a hierarchical structure in which a nanofiber structure is induced on a micro-terrace structure by treating a stainless steel substrate having a micro-terrace structure formed on its surface with an aqueous solution containing a halogen ion in the step 1; And
(Step 3) of surface-modifying the surface of the stainless steel base material of step 2 with a fluorine-based compound,
Wherein the aqueous solution containing the halogen ion is an aqueous solution in which at least one halogenated salt selected from the group consisting of sodium fluoride (NaF), sodium chloride (NaCl) and sodium bromide (NaBr) is dissolved. .
상기 단계 1의 산성용액은 불소산, 염산, 브롬산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the acidic solution of step 1 is at least one selected from the group consisting of fluoric acid, hydrochloric acid, and bromic acid.
상기 단계 1의 산성용액은 48 내지 51 % 의 불소산 용액인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the acidic solution of step 1 is a 48 to 51% fluoric acid solution.
상기 단계 1의 식각은 10분 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the etching of step 1 is performed for 10 minutes to 20 minutes.
상기 단계 2의 할로겐 이온을 포함하는 수용액은 0.05 내지 0.5 중량 %의 염화나트륨 수용액인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the aqueous solution containing halogen ions in step 2 is an aqueous solution of 0.05 to 0.5 wt% sodium chloride.
상기 단계 2의 잎 구조 유도는 2 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the leaf structure induction in step 2 is carried out for 2 to 4 hours.
상기 단계 3의 불소계 화합물은 트라이클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)
실란{trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane}, 트리클로로(3,3,3-트라이플
루오로프로필)실란{trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane}, 트라이클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란{trichloro(1H,1H,2H,2Hperfluorodecyl)
silane}, 트라이플루오로프로필-트라이메톡시실란(trifluoropropyl-triethoxysilane), 트라이플루오로프로필-트라이에톡시실란(trifluoropropyl-triethoxysilane), 트라이데카플루오로옥틸-트라이메톡시실란(tridecafluorooctyl-trimethoxysilane), 트라이데카플루오로옥틸-트라이에톡시실란(tridecafluorooctyl-triethoxysilane), 헵타데카플루오로데실-트라이메톡시실란(heptadecagluorodecyl-trimethoxysilane) 및 헵타데카플루오로데실-트라이에톡시실란(heptadecafluorodecyl-triethoxysilane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초소수성 스테인레스강 기재 표면의 가공방법.
3. The method of claim 2,
The fluorine-based compound in Step 3 is trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl)
Silane {trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane}, trichloro (3,3,3-
(1H, 1H, 2H, 2Hperfluorodecyl) silane {trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane}, trichloro
silane, tri-trifluoropropyl-triethoxysilane, trifluoropropyl-triethoxysilane, tridecafluorooctyl-trimethoxysilane, tri From the group consisting of tridecafluorooctyl-triethoxysilane, heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane and heptadecafluorodecyl-triethoxysilane from the group consisting of tridecafluorooctyl-triethoxysilane, heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane and heptadecafluorodecyl- Wherein the surface of the superhydrophobic stainless steel substrate is at least one selected from the group consisting of polypropylene and polypropylene.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130101844A KR101465561B1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130101844A KR101465561B1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101465561B1 true KR101465561B1 (en) | 2014-11-27 |
Family
ID=52291890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130101844A KR101465561B1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101465561B1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105648429A (en) * | 2016-01-12 | 2016-06-08 | 昆明理工大学 | Preparing method for low-carbon steel super-hydrophobic surface |
| CN111254438A (en) * | 2020-03-02 | 2020-06-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Method for improving lyophobic performance of surface of surgical instrument |
| CN111304656A (en) * | 2020-03-02 | 2020-06-19 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Method for improving hydrophobic property of stainless steel surface |
| CN114107976A (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-01 | 湖北大学 | Method for preparing black super-hydrophobic stainless steel based on alkaline hydrothermal reaction |
| CN114481262A (en) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 重庆前沿新材料技术研究院有限公司 | Super-hydrophobic stainless steel and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08252886A (en) * | 1991-11-15 | 1996-10-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of fluorine resin coating |
| KR20100011213A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-03 | 한양대학교 산학협력단 | Method of manufacturing superhydrophobic material and superhydrophobic material manufactured by the method |
| KR20140046165A (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-18 | 한국기계연구원 | Method for making superhydrophobic matal surface |
-
2013
- 2013-08-27 KR KR1020130101844A patent/KR101465561B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08252886A (en) * | 1991-11-15 | 1996-10-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of fluorine resin coating |
| KR20100011213A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-03 | 한양대학교 산학협력단 | Method of manufacturing superhydrophobic material and superhydrophobic material manufactured by the method |
| KR20140046165A (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-18 | 한국기계연구원 | Method for making superhydrophobic matal surface |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105648429A (en) * | 2016-01-12 | 2016-06-08 | 昆明理工大学 | Preparing method for low-carbon steel super-hydrophobic surface |
| CN111254438A (en) * | 2020-03-02 | 2020-06-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Method for improving lyophobic performance of surface of surgical instrument |
| CN111304656A (en) * | 2020-03-02 | 2020-06-19 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Method for improving hydrophobic property of stainless steel surface |
| CN114107976A (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-01 | 湖北大学 | Method for preparing black super-hydrophobic stainless steel based on alkaline hydrothermal reaction |
| CN114107976B (en) * | 2020-08-28 | 2023-07-04 | 湖北大学 | Method for preparing black super-hydrophobic stainless steel based on alkaline chemical hydrothermal method |
| CN114481262A (en) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 重庆前沿新材料技术研究院有限公司 | Super-hydrophobic stainless steel and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101465561B1 (en) | Processing method for superhydrophobic stainless steel substrate surface and stainless steel substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same | |
| Li et al. | Femtosecond pulsed laser textured titanium surfaces with stable superhydrophilicity and superhydrophobicity | |
| Yu et al. | Extreme wettability of nanostructured glass fabricated by non-lithographic, anisotropic etching | |
| Li et al. | Creation of superhydrophobic stainless steel surfaces by acid treatments and hydrophobic film deposition | |
| Ou et al. | One-step solution immersion process to fabricate superhydrophobic surfaces on light alloys | |
| Alawajji et al. | Fabrication of transparent superhydrophobic polytetrafluoroethylene coating | |
| KR101529528B1 (en) | Low reflective and superhydrophobic glasses and method of fabricating the same | |
| Sajjad et al. | Enhancing corrosion resistance of Al 5050 alloy based on surface roughness and its fabrication methods; an experimental investigation | |
| Abbasi et al. | A novel combined method for fabrication of stable corrosion resistance superhydrophobic surface on Al alloy | |
| Esmaeilirad et al. | A cost-effective method to create physically and thermally stable and storable super-hydrophobic aluminum alloy surfaces | |
| Zhou et al. | Fabrication and characterization of superhydrophobic TiO2 nanotube coating by a facile anodic oxidation approach | |
| JP2009515728A (en) | Super-hydrophilic or super-hydrophobic product, its production method and use of the product | |
| WO2016056466A1 (en) | Antibacterial laminate structure and method for manufacturing same | |
| Wang et al. | Fabrication of mechanically robust superhydrophobic steel surface with corrosion resistance property | |
| KR101285406B1 (en) | Processing method for superhydrophobic aluminium substrate surface and aluminium substrate having the superhydrophobic surface prepared with the same | |
| Ma et al. | Wettability transition of the picosecond laser-ablated 304 stainless-steel surface via low-vacuum heat treatment | |
| KR101392335B1 (en) | Fabrication method of superhydrophobic coating layer with excellent adhesion strength and fabric and the superhydrophobic coating layer thereby | |
| Lazauskas et al. | Float glass surface preparation methods for improved chromium film adhesive bonding | |
| KR101258465B1 (en) | A surface structure of metal having an Superhydrophobic/Superhydrophilic property coatings | |
| Mendez et al. | A review on atmospheric pressure plasma jet and electrochemical evaluation of corrosion | |
| Boulousis et al. | Formation and metrology of dual scale nano-morphology on SF6 plasma etched silicon surfaces | |
| Li et al. | Laser-induced hydrophobicity on Ti-6Al-4V surface | |
| Tsai et al. | Fabrication of superhydrophobic titanium surfaces by anodization and surface mechanical attrition treatment | |
| KR101617611B1 (en) | Method for forming superhydrophilic metallic surface | |
| Kovaleva et al. | Effect of vacuum annealing on tribological behavior of nanosized diamond-like carbon coatings produced by pulse vacuum-arc method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170829 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180823 Year of fee payment: 5 |