KR101519302B1 - 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법은 산화세륨 전구체를 포함하는 산화세륨 전구체 혼합용액을 준비하는 단계, 상기 산화세륨 전구체 혼합용액에 기판을 침지한 뒤 수열합성법을 사용하여 상기 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하여 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계를 포함함에 따라, 경제적이고, 대면적화가 가능하며, 공정을 간소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 초발수 특성을 갖는 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 제공할 수 있다.

Description

다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법{Cerium oxide superhydrophobic nano/micro structure grown on various substrates and manufacturing method}
본 발명은 기능성 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산화세륨은 높은 기계적 강도, 내부식성, 환원성, 산소 저장 능력 등 여러 가지 특성을 가진다. 이러한 특성 때문에, 산화세륨은 부식 방지 코팅, 자동차 배기가스 촉매변환기 및 고체 산화물형 연료전지의 전해질 등 광범위한 분야에서 다양하게 사용되고 있다.
최근에는, 산화세륨을 나노 또는 마이크로 크기로 미세하게 제조하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일 예로, 종래에는 기상응축법, 용액 연소법, 또는 분무열분해법 등을 사용하여 산화세륨을 미세한 크기로 제조하였다. 하지만, 상기 방법들의 경우 그 제조공정이 복잡하고 고비용을 요구하기 때문에 경제적이지 못한 단점이 있다.
또한, 종래기술들의 경우 합성을 통해 산화세륨을 분말 형태로 제조하는 기술들이 대부분이며 기판 상에 직접적으로 산화세륨을 성장시키는 기술에 대한 연구는 미미한 실정이다.
일 예로, 국내 등록특허 제101184730호는 1μm 이상의 입자를 포함하는 산화세륨 분말 슬러리를 400rpm 내지 1000rpm으로 회전시켜 밀링을 통해 산화세륨 나노분말을 제조한다. 하지만, 상기 종래 기술의 경우 상기 산화세륨 분말 슬러리를 따로 제조한 뒤, 밀링 공정을 함에 따라 공정이 복잡하며 밀링장치를 사용하기 때문에 비용이 많이 드는 단점이 있으며 기판 상에 직접 나노구조체를 성장시킨 것이 아니다.
또한, 기존 대부분의 금속 산화물은 친수성을 띄어 별도의 발수코팅 공정이 필요하다.
이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 경제적이고, 대면적화가 가능하며, 공정을 간소화할 수 있는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 발수 코팅 없이도 발수 특성을 갖는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 측면은 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법을 제공한다. 전술된 제조방법은, 산화세륨 전구체를 포함하는 산화세륨 전구체 혼합용액을 준비하는 단계, 상기 산화세륨 전구체 혼합용액에 기판을 침지한 뒤 수열합성법을 사용하여 상기 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계, 상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하여 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 산화세륨 전구체는 세륨 나이트레이트 헥사 하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O) 및 세륨 클로라이드 헵타 하이드레이트(CeCl3·7H2O) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 수열합성법은 95℃ 내지 120℃의 온도에서 12 내지 48시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하는 단계는, 150℃ 내지 190℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
상기 수열합성법을 사용하여 상기 기판 상에 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체는, 침상형, 와이어형, 로드형, 입방형, 또는 원반형을 포함하는 복수개의 나노/마이크로 결정들을 포함하는 결정체일 수 있고, 상기 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성된 기판은 물과의 접촉각이 150°이상이며, 미끄럼각이 10°이하일 수 있다. 또한, 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계 및 상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하는 단계 사이에, 상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 열처리하는 단계는 250℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 제공한다. 전술된 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체는 기판 상에 형성되고, 상기 기판과 물의 접촉각이 150°이상이며, 상기 기판의 미끄럼각이 10°이하인 초발수 특성을 발현시키며, 복수개의 산화세륨 나노/마이크로 결정들을 포함한다. 상기 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체는, 침상형, 와이어형, 로드형, 입방형, 또는 원반형을 포함하는 복수개의 나노/마이크로 결정들을 포함하는 결정체일 수 있다.
본 발명의 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법은 경제적이고, 대면적화가 가능하며, 공정을 간소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 이의 제조방법을 따르면 초발수 특성을 갖는 산화세륨 나노/마이크로 구조체가 직접 성장된 다양한 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 2는 제조예 1의 SEM이미지들이다.
도 3은 제조예 2의 SEM이미지들이다.
도 4는 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 X선 회절 분석(X-ray diffraction) 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 SEM이미지들이다.
도 6은 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 비교예 2의 발수 특성을 나타낸 이미지들이다.
도 7은 제조예 1의 초발수 특성을 나타낸 사진들이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
명세서 전반에 걸쳐 서술되는 '초발수'의 의미는 접촉각(contact angle)이 150°이상이며, 미끄럼각(sliding angle)이 10°이하인 발수 특성을 의미한다. 이 때, 전술된 '접촉각'은 정지한 액체 표면이 고체 벽에 접촉되는 곳으로 액면과 고체면이 이루는 각을 말한다. 또한, 전술된 '미끄럼각'은 수평한 바닥면을 기준으로 액체가 흐르기 시작하는 기울기 각도를 의미한다.
또한, 명세서 전반에 걸쳐 서술되는 '나노/마이크로 구조체'의 의미는 평균 입경이 수㎚ ~ 수㎛인 결정들을 포함하는 결정체를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 1을 참조하면, 먼저 산화세륨 전구체를 포함하는 산화세륨 전구체 혼합용액을 준비한다(S100).
전술된 산화세륨 전구체는 세륨 나이트레이트 헥사 하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O) 및 세륨 클로라이드 헵타 하이드레이트(CeCl3·7H2O) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전술된 산화세륨 전구체를 전술된 산화세륨 전구체의 용해가 가능하고, 수열합성에 사용될 수 있는 물 또는 수용액에 혼합하여 전술된 산화세륨 전구체 혼합용액을 제조한다.
이 후, 전술된 산화세륨 전구체 혼합용액에 기판을 침지한 뒤 수열합성법을 사용하여 전술된 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성한다(S200).
수열합성법을 사용하여 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성할 경우, 간단한 공정을 통해 수㎚ ~ 수㎛의 미립자 분말 또는 결정상 합성이 가능하다. 이에 따라, 공정 측면에 있어서 경제적인 장점이 있다. 이에 따라, 비표면적이 커지기 때문에 기능성 재료로 사용될 시 효율을 증대시킬 수 있다.
전술된 수열합성법은 95℃ 내지 120℃의 온도에서 12시간 내지 48시간 동안수행하는 것이 바람직하다. 전술된 수열합성 온도에 따라 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체의 성장속도가 달라지며, 전술된 수열합성 온도가 95℃ 미만일 경우, 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체 형성 속도가 늦어지거나 형성 자체가 이루어지지 않을 수도 있다. 또한 전술된 수열합성 온도가 120℃를 상회할 경우 수㎚ ~ 수㎛ 크기의 산화세륨 나노/마이크로 구조체 형성이 어려울 수 있다.
또한, 전술된 수열합성 시간이 12시간 미만일 경우, 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체 형성이 완전히 이루어지지 않을 수 있고, 전술된 수열합성 시간이 48시간을 상회할 경우, 수㎚ ~ 수㎛ 크기의 산화세륨 나노/마이크로 구조체 형성이 어려울 수 있다.
또한, 수열합성함에 따라, 전술된 기판 상에 산화세륨이 결정화되어 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체가 형성된다. 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체는, 침상형, 와이어형, 로드형, 입방형, 또는 원반형을 포함하는 복수개의 나노/마이크로 결정들을 포함하는 결정체일 수 있다.
전술된 기판은 기판으로 사용될 수 있는 종래의 재료는 모두 사용이 가능하다. 일 예로, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 스테인리스강, 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 전술된 기판은 전술된 산화세륨 전구체 혼합용액에 침지되기 전에 산화세륨으로 코팅될 수 있다. 산화세륨 코팅은, 산화세륨 전구체를 물리적인 방법으로는 스퍼터링(sputtering) 및 기화법(evaporation) 등을 사용하여 코팅할 수 있다. 또한, 화학적인 방법으로는, 기체상(gas phase)을 이용한 화학기상증착법(Chemical vapor deposition) 및 액체상(liquid phase)를 이용한 전기화학증착법(electro chemical deposition), 솔-겔(sol-gel)방법, 딥코팅(dip coating), 스핀코팅(spin coating) 등을 사용하여 코팅할 수 있다. 다만, 경우에 따라 이러한 산화세륨 코팅은 생략 가능하다.
이 후, 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 열처리할 수 있다.
이는 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체의 산화세륨(Ⅳ)(CeO2)조성비 및 산화세륨(Ⅳ)(CeO2)의 결정성 증대가 필요한 경우, 열처리 단계를 수행할 수 있다. 따라서, 경우에 따라 이때의 열처리 단계는 생략 가능하다.
예를 들어, 이러한 열처리 단계는 공기에 노출된 상태에서 수행 될 수 있고, 250℃ 내지 500℃ 온도에서 1시간 내지 4시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 250℃ 미만일 경우, 산화세륨(Ⅳ)(CeO2)의 조성비 및 결정성 증대 효과가 떨어질 수 있고, 열처리 온도가 500℃를 상회할 경우, 사용되는 기판의 종류에 따라 산화세륨 나노/마이크로 구조체가 성장된 기판의 변형이 일어날 수 있다. 일 예로 알루미늄 합금은 550℃ 내지 670℃ 온도에서 변형될 수 있다.
이 후, 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공 분위기 하에서 건조하여 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 형성한다(S300).
전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체는 진공 분위기 하에서 건조됨에 따라 기판과 물의 접촉각이 150°이상이며 미끄럼각(sliding angle)이 10°이하인 초발수 특성을 갖게 된다.
이 때, 진공건조를 통하여 수열합성을 수행하는 중에 산화세륨 나노/마이크로 구조체 표면에 결합되어 있을 수 있는 OH-, Cl- 등의 친수이온을 구조체로부터 분리할 수 있다. 이에 따라, 전술된 산화세륨 나노/마이크로 구조체는 소수성을 갖게되어 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성되는 것이다.
이 때, 진공 분위기는 0.1 Torr 내지 1 Torr 압력일 수 있다.
이 때, 전술된 진공건조는 150℃ 내지 190℃ 온도에서 1 내지 2 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 전술된 진공건조 온도가 150℃ 미만일 경우, 친수이온(OH-, Cl- 등)들이 표면에서 분리 될 수 있는 최소에너지 공급이 원활히 이루어지지 않게 되어, 친수이온이 구조체 표면에서 분리되지 않음에 따라 초발수 특성이 떨어질 수 있고, 진공건조 온도가 190℃를 상회할 경우 환원 분위기의 열처리 효과로 인해 산화세륨(Ⅳ)(CeO2)조성비에 영향을 미치고, 경우에 따라 조성비 변화로 인해 초발수 특성이 떨어질 수 있다.
또한, 전술된 진공건조 시간이 1시간 미만이거나, 2시간을 상회할 경우, 전술된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 초발수 특성이 떨어질 수 있다.
이에, 초발수 특성을 갖는 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 다양한 기판 상에 성장시킬 수 있다.
제조된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체는 침상형, 와이어형, 입방형, 또는 원반형을 포함하는 복수개의 나노/마이크로 결정들을 포함하는 결정체일 수 있으며, 전술된 나노/마이크로 결정체의 평균 입경은 300nm 내지 3000nm로, 미세한 크기를 가지며, 접촉각(contact angle)이 150°이상이며, 미끄럼각(sliding angle)이 10°이하인 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성된다.
이와 같이 제조된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체는 초발수, 방오(anti-fouling), 내부식성(anti-corrosion), 및 방빙(anti-icing) 특성을 가짐에 따라, 열교환기, 촉매, 촉매 지지체, 촉매 활성제, 부식방지용 재료, 고체산화물 연료전지의 고체전해질 등 다양한 분야에서 기능성 재료로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
알루미늄 합금(Al1050), 스테인리스강(SUS304), 및 실리콘(Silicon) 기판을 각각 세륨 나이트레이트 헥사하이드레이트(Cerium(Ⅲ) Nitrate Hexahydrate, Ce(NO3)3·6H2O) 와 요소(Urea, CO(NH2)2)를 혼합한 세륨전구체 혼합용액에 침지 하여 95℃에서 24시간 동안 수열합성법으로 알루미늄 합금(Al1050), 스테인리스강(SUS304), 및 실리콘(Silicon) 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 기판 상에 성장시킨 후, 공기 중에서 350℃로 4시간 동안 열처리 및 190℃ 진공분위기에서 1시간 동안 건조하여 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 상기 기판위에 성장 시켰다.
<제조예 2>
제조예 1과 비교하여, 졸-겔 딥 코팅 방법(sol-gel dip coating method)을 이용하여 산화세륨이 코팅된 알루미늄 합금(Al1050), 스테인리스강(SUS304), 및 실리콘(Silicon) 기판을 사용한 것을 제외하곤 동일한 방법을 통해 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 상기 기판위에 성장 시켰다. 상기 전술된 딥 코팅 에서는 세륨클로라이드 헵타 하이드레이트(CeCl3·7H2O)와 시트르산(citric acid, C6H8O7)을 에탄올에 혼합시킨 용액을 사용하였고, 이후 공기 분위기에서 350℃ 온도에서 30분 동안 열처리하여 산화세륨을 기판 표면위에 코팅하였다.
<비교예>
본 비교예는 산화세륨이 아닌 다른 금속산화물의 경우 나노/마이크로 구조체가 기판 상에 성장된 뒤, 진공건조 공정을 수행했을 때 초발수 특성을 나타내는지에 대해 확인해보기 위함이다.
실리콘 기판 상에 아연 아세트산 이수화물(Zinc acetate dihydrate, Zn(CH3COO)2·2H2O)와 아세틸아세톤(Acetylacetone, CH3COCH2COCH3)을 에탄올에 혼합한 용액을 이용하여 졸-겔 딥 코팅 방법(sol-gel dip coating method)으로 실리콘 기판위에 상기 졸을 코팅한 후, 350℃ 온도에서 30분 동안 열처리하여 산화아연이 코팅된 기판을 제조하였다.
이후, 질산아연 6수화물(Zinc nitrate hexahydrate, Zn(NO3)2·6H2O)와 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylenetetramine, C6H12N4)을 혼합한 아연전구체 용액에 상기 기판을 침지한 후, 95℃ 온도에서 3시간 동안 수열합성법을 이용하여 실리콘 기판에 산화아연 나노/마이크로 구조체를 성장 시켰다. 이 후, 제조예 1과 동일한 조건으로 열처리 및 진공건조 하였다.
도 2는 제조예 1의 SEM이미지들이다. 상세하게는, 도 2의 (a)는 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, (b)는 제조예 1에서 스테인리스강(SUS304) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, 및 (c)는 제조예 1에서 실리콘(Silicon) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 SEM이미지들이다.
도 2를 참조하면, 다양한 기판 상에 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 기판 상에 형성됨을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화세륨 초발수는 다양한 기판 상에 간단한 공정을 통해 직접적으로 성장될 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 제조예 2의 SEM이미지들이다. 상세하세는, 도 3의 (a)는 제조예 2에서 산화세륨이 코팅된 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, (b)는 제조예 2에서 산화세륨이 코팅된 스테인리스강(SUS304) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, 및 (c)는 제조예 2에서 산화세륨이 코팅된 실리콘(Silicon) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 SEM이미지들이다.
도 3을 참고하면, 산화세륨을 코팅한 다양한 기판 상에서도 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성됨을 알 수 있다.
결론적으로, 산화세륨이 코팅된 기판 상에도 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성됨을 알 수 있다.
도 4는 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 X선 회절 분석(X-ray diffraction) 그래프이다.
도 4를 참조하면, 기판 상에 성장된 구조체가 산화세륨 구조체인 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 SEM이미지들이다.
도 5의 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체는 산화세륨 전구체 혼합용액에 첨가되는 화학물질들의 비율을 달리하여 초발수 특성이 구현되는 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 형성했다.
이에 따라, 도 5의 (a) 내지 (f)와 같이 침상형, 와이어형, 로드형, 입방형, 또는 원반형을 포함, 다양한 형태의 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성됨을 알 수 있다.
도 6은 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체 및 비교예 2의 발수 특성을 나타낸 이미지들이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 발수특성은 열처리 이 후, 접촉각이 약 0°및 미끄럼각의 경우 핀드(pinned, 기판을 90°기울여도 물방울이 표면에서 굴러 떨어지지 않는 상태)특성을 나타냈으나, 진공분위기에서 건조 이후에는 물과의 접촉각이 157° 이고, 미끄럼 각이 7°이하로(sliding angle < 7°), 초발수 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
또한, 산화아연의 경우 열처리 이후, 접촉각이 12°이고, 핀드(pinned)특성을 나타냈고, 진공분위기 하에서 건조 이후 물과의 접촉각이 107°이고, 미끄럼 각이 90°초과(sliding angle > 90°)로 초발수 특성을 나타내지 못하는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 산화아연 나노/마이크로 구조체를 성장시킨 기판에서는 전술된 제조예 1과 동일한 조건으로 열처리 및 진공 건조 하여도 초발수 특성이 구현되지 않는다.
결론적으로, 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성한 뒤, 열처리 이 후 진공 분위기 하에서 건조함에 따라, 초발수 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 기판에 성장된 모든 재료의 나노/마이크로 구조체가 초발수 특성을 나타내는 것은 아님을 알 수 있다.
도 7은 제조예 1의 초발수 특성을 나타낸 사진들이다. 상세하게는, 도 7의 (a)는 제조예 1에서 알루미늄 합금(Al1050) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, (b)는 제조예 1에서 스테인리스강(SUS304) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체, 및 (c)는 제조예 1에서 실리콘(Silicon) 기판 상에 형성된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 초발수 특성을 나타낸 사진이다.
도 7을 참조하면, (a)의 경우 접촉각이 157° 이고, 미끄럼 각이 7°이하로(sliding angle < 7°), (b)의 경우 접촉각이 157° 이고, 미끄럼 각이 6°이하로(sliding angle < 6°), 및 (c)의 경우 접촉각이 155° 이고, 미끄럼 각이 8°이하로(sliding angle < 8°)로, 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 다양한 기판 상에 형성되어 초발수 특성을 나타냄을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체에서 초발수 특성이 나타남을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 산화세륨 전구체를 포함하는 산화세륨 전구체 혼합용액을 준비하는 단계;
    상기 산화세륨 전구체 혼합용액에 기판을 침지한 뒤 수열합성법을 사용하여 상기 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하여 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화세륨 전구체는 세륨 나이트레이트 헥사 하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O) 및 세륨 클로라이드 헵타 하이드레이트(CeCl3·7H2O) 중 적어도 하나를 포함하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수열합성법은 95℃ 내지 120℃의 온도에서 12시간 내지 48시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하는 단계는, 150℃ 내지 190℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 형성하는 단계 및 상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 진공분위기 하에서 건조하는 단계 사이에,
    상기 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체를 열처리하는 단계를 더 포함하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 250℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수열합성법을 사용하여 상기 기판 상에 형성된 산화세륨 나노/마이크로 구조체는,
    침상형, 와이어형, 로드형, 입방형, 또는 원반형을 포함하는 복수개의 나노/마이크로 결정들을 포함하는 결정체인 것을 특징으로 하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체가 형성된 기판은 물과의 접촉각이 150°이상이며, 미끄럼각이 10°이하인 것을 특징으로 하는 다양한 기판 상에 직접 성장된 산화세륨 초발수 나노/마이크로 구조체의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110054794A (zh) * 2018-01-17 2019-07-26 香港大学 提高聚合物薄膜表面粗糙度的方法及由其制备的薄膜

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
- Langmuir, 2010, 26(12), 9749-9755 *
- Langmuir, 2010, 26(12), 9749-9755*
- NANO LETTERS, 2007, Vol.7, No.2, 421-425 *
- NANO LETTERS, 2007, Vol.7, No.2, 421-425*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110054794A (zh) * 2018-01-17 2019-07-26 香港大学 提高聚合物薄膜表面粗糙度的方法及由其制备的薄膜

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