KR101617611B1 - Method for forming superhydrophilic metallic surface - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 금속 기재를 산 용액(acidic solution)에 침지시켜 유지시키는 단계; (b) 상기 금속 기재를 열수(hot water)에 침지시켜 유지시키는 단계; 및 (c) 상기 금속 기재 표면을 공기 플라즈마(air plasma)로 처리하는 단계 포함하는 초친수성 금속 표면 형성방법에 대한 것으로서, 본 발명에 의한 초친수성 금속 표면 형성방법은 산 용액을 이용한 에칭 및 열수 처리를 수행함으로써 제조공정이 단순화 및 제조비용의 절감이 가능하며, 대량/대면적 또는 3차원 표면을 가지는 금속 기재 표면을 용이하게 초친수성으로 표면 개질 처리할 수 있으며, 초친수성 처리 효과를 장기간 지속시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 표면 처리된 금속 기재는 마이크로 스케일의 미세 요철 구조와 나노 스케일의 미세 기공을 동시에 구비함으로써 접촉각이 10ㅀ 이하인 극친수성 표면을 영구적으로 유지할 수 있어 초친수 특성이 요구되는 구조물을 포함하는 전자 장치나 기계장치는 운송수단 자동차, 항공기, 철도, 선박 또는 가정용/산업용 냉동공조시스템 및 가전제품 등에 유용하게 사용 가능하다.(A) immersing and holding a metal substrate in an acidic solution; (b) immersing the metal substrate in hot water to maintain it; And (c) treating the surface of the metal substrate with an air plasma. The method for forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention comprises the steps of: (a) It is possible to simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost, and it is possible to easily surface-modify the surface of the metal base material having a large / large-area or three-dimensional surface by superhydrophilic property, . In addition, the metal substrate surface-treated by the present invention is capable of permanently retaining an extremely hydrophilic surface having a contact angle of 10 ㅀ or less by simultaneously providing microscale fine concavo-convex structure and nanoscale fine pores, The electronic devices and machinery involved can be usefully used in transportation vehicles, aircraft, railways, ships or domestic / industrial refrigeration and air conditioning systems and consumer electronics.

Description

초친수성 금속 표면 형성방법{Method for forming superhydrophilic metallic surface}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a superhydrophilic metallic surface,

본 발명은 초친수성 금속 표면 형성방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 표면의 텍스쳐링(texturing) 처리를 통해 초친수성 표면을 형성시키는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for forming a superhydrophilic metal surface, and more particularly, to a method for forming a superhydrophilic surface through a texturing treatment of a metal surface.

일반적으로 금속 기재의 표면은 고유의 표면 에너지를 가지고 있다. 이 표면 에너지는 임의의 액체가 금속 기재에 접촉할 때 금속 기재에 대한 액체의 접촉각(contact angle)으로 나타난다.In general, the surface of the metal substrate has a unique surface energy. This surface energy appears as the contact angle of the liquid to the metal substrate when any liquid contacts the metal substrate.

접촉각은 액체가 고체와 접촉하고 있을 때, 액체의 자유 표면이 고체 평면과 이루는 각도로서, 액체 분자 간의 응집력 및 액체, 고체 간의 부착력으로 결정된다. 그리고, 액체가 고체 평면과 이루는 접촉각이 90˚를 초과할 때의 고체 평면은 물과의 친화력이 적은 성질인 소수성(hydrophobicity)이며, 액체가 고체 평면과 이루는 접촉각이 90˚미만일 때의 고체 평면은 물과의 친화력이 있는 성질인 친수성(hydrophilicity)이다.The contact angle is the angle formed by the free surface of the liquid with the solid plane when the liquid is in contact with the solid, and is determined by the cohesive force between the liquid molecules and the adhesion force between the liquid and the solid. The solid plane when the contact angle of the liquid with the solid plane exceeds 90 ° is the hydrophobicity which has a low affinity with water and the solid plane when the contact angle of the liquid with the solid plane is less than 90 ° It is hydrophilicity, which is a property of affinity with water.

금속 기재의 표면이 가지는 고유의 접촉각은 표면 가공 처리를 통해 그 값이 변화할 수 있다. 즉, 접촉각이 90˚보다 작은 친수성 표면은 표면 가공 처리를 통해 접촉각이 더욱 작아질 수 있으며, 특히, 접촉각이 10˚이하로서 물과의 친화력이 극히 높은 경우를 초친수성(superhydrophilic)이라 하는데, 초친수성은 흐림방지(anti-fog)가 필요한 광학 부품과 표면의 오염을 방지하고 자정작용(self-cleaning)을 하기 위하여 연구되어 왔으며[비특허문헌 0001 및 0002], 열 교환기의 핀(fin)에 적용되어 핀의 표면에 생성되는 응축수의 흘러내림을 개선하여 열 교환기의 효율을 증대시킬 수 있다.The value of the inherent contact angle of the surface of the metal base can be changed through the surface processing. In other words, the hydrophilic surface having a contact angle of less than 90 deg. Can be further reduced in contact angle through the surface processing treatment. Especially, when the contact angle is 10 deg. Or less and the affinity with water is extremely high, it is called superhydrophilic. Hydrophilicity has been studied to prevent contamination and self-cleaning of optical parts and surfaces that require anti-fog [Non-patent documents 0001 and 0002], the fin of a heat exchanger The efficiency of the heat exchanger can be increased by improving the flow of the condensed water generated on the surface of the fin.

이러한 초친수성 금속 표면 제작은 표면 에너지와 표면 구조를 조절하여 구현하고 있으며, 여러 분야에 널리 쓰이는 알루미늄(aluminium)은 화학적 에칭, 졸 겔법, 표면 코팅법, 음이온 교환 방법 등으로 초진수 표면이 구현되었다[비특허문헌 0003]. 그러나, 기존의 초친수 표면 제작은 가공 방법이 복잡하고 제작이 가능한 표면적의 크기가 제한적이며, 평평한 면에서만 가공이 가능하다는 한계점이 지적되어 왔다.This superhydrophilic metal surface is fabricated by controlling the surface energy and surface structure. Aluminum, which is widely used in various fields, is realized by chemical etching, sol-gel method, surface coating method, anion exchange method, etc. [Non-Patent Document 0003]. However, it has been pointed out that the conventional superhydrophilic surface fabrication has a limit in that the processing method is complicated, the surface area that can be manufactured is limited, and that processing is possible only on a flat surface.

X. J. Feng, L. Jiang, "Design and Creation of Superwetting/Antiwetting Surfaces," Adv. Mater., vol.18, 3063, 2006. X. J. Feng, L. Jiang, "Design and Creation of Superwetting / Antiwetting Surfaces," Adv. Mater., Vol. 18, 3063, 2006. X. M. Li, D. Reinhoudt, M.C. Calama, "What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces," Chem. Soc. Rev., vol.36, 1350, 2007. X. M. Li, D. Reinhoudt, M.C. Calama, "What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces," Chem. Soc. Rev., vol.36, 1350, 2007. Yanhui Che, Yanhua Liu, "Fabrication of superhydrophobic aluminium alloy surface with excellent corrosion resistance by a facile and environment-friendly method. " Applied Surface Science. vol.283, 367, 2013. Yanhui Che, Yanhua Liu, "Fabrication of superhydrophobic aluminum alloy surface with excellent corrosion resistance by a facile and environment-friendly method." Applied Surface Science. vol.283, 367, 2013.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 알루미늄 등 금속의 초친수성 표면 제작이 간단하여 제작 시간과 비용이 감소하며, 3차원 표면에 적용이 가능한 초친수성 금속 표면 형성방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a superhydrophilic metal surface Lt; / RTI >

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 (a) 금속 기재를 산 용액(acidic solution)에 침지시켜 유지시키는 단계; (b) 상기 금속 기재를 열수(hot water)에 침지시켜 유지시키는 단계; 및 (c) 상기 금속 기재 표면을 공기 플라즈마(air plasma)로 처리하는 단계 포함하는 초친수성 금속 표면 형성방법을 제안한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: (a) immersing and holding a metal substrate in an acidic solution; (b) immersing the metal substrate in hot water to maintain it; And (c) treating the surface of the metal substrate with an air plasma.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 형성된 초친수성 표면을 가지는 금속 기재를 제안한다.The present invention also proposes a metal substrate having an superhydrophilic surface formed by the above method.

나아가, 본 발명은 상기 초친수성 표면을 가지는 금속 기재로 이루어지는 열 교환기용 핀(fin)을 제안한다.Further, the present invention proposes a fin for a heat exchanger comprising a metal base having the superhydrophilic surface.

본 발명에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법은 산 용액을 이용한 에칭 및 열수 처리를 수행함으로써 제조공정이 단순화 및 제조비용의 절감이 가능하며, 대량/대면적 또는 3차원 표면을 가지는 금속 기재 표면을 용이하게 초친수성으로 표면 개질 처리할 수 있으며, 초친수성 처리 효과를 장기간 지속시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 표면 처리된 금속 기재는 마이크로 스케일의 미세 요철 구조와 나노 스케일의 미세 기공을 동시에 구비함으로써 접촉각이 10˚ 이하인 극친수성 표면을 영구적으로 유지할 수 있어 초친수 특성이 요구되는 구조물을 포함하는 전자 장치나 기계장치는 운송수단 자동차, 항공기, 철도, 선박 또는 가정용/산업용 냉동공조시스템 및 가전제품 등에 유용하게 사용 가능하다.The method of forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention can simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost by performing etching and hydrothermal treatment using an acid solution, and can be used for a large-scale / large-area or three- The surface modification treatment can be performed with super hydrophilicity, and the effect of superhydrophilic treatment can be sustained for a long time. In addition, the metal substrate surface-treated by the present invention can maintain an extremely hydrophilic surface having a contact angle of 10 deg. Or less by providing microscale micro concavo-convex structure and nanoscale micropores at the same time, The electronic devices and machinery involved can be usefully used in transportation vehicles, aircraft, railways, ships or domestic / industrial refrigeration and air conditioning systems and consumer electronics.

도 1은 본 발명에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본원 실시예에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법의 각 단계를 나타내는 모식도이다.
도 3은 비교예 2, 비교예 3 및 실시예에서 제조된 알루미늄 샘플 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샘플 표면에서의 수접촉각(water cotact angle)을 시간 경과에 따라 측정한 결과이다.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샘플 표면에서의 수접촉각 측정 개시 후 8주가 경과한 시점에서의 각 샘플 표면에서의 수접촉각을 보여주는 사진이다.
도 6은 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 공기-플라즈마 처리를 실시하기 전의 샘플들(실시예:'Micro/Nano', 비교예 1:'Bare', 비교예 2:'Micro(Etching)', 비교예 3:'Nano(boiling)')의 표면에서의 수접촉각을 시간 경과에 따라 측정한 결과이다.
도 7(a) 내지 도 7(d)는 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 공기-플라즈마 처리를 실시하기 전의 샘플들을 대상으로 한 수접촉각 측정 개시 후 8주가 경과한 시점에서의 각 샘플 표면에서의 수접촉각을 보여주는 사진이다.
1 is a flow chart of a method of forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention.
2 is a schematic view showing each step of the method of forming a superhydrophilic metal surface according to the present embodiment.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the aluminum sample surface prepared in Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Example.
Fig. 4 shows the results of measurement of the water cotact angle over time of the sample surface prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3. Fig.
5 (a) to 5 (d) are photographs showing the water contact angles at the surface of each sample after 8 weeks from the start of measurement of the water contact angle on the sample surface prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3 .
FIG. 6 is a graph showing the results of comparison between the samples before the air-plasma treatment (Examples: 'Micro / Nano', Comparative Example 1: 'Bare', Comparative Example 2: Micro (Etching) , And Comparative Example 3: 'Nano (boiling)') was measured over time.
7 (a) to 7 (d) are graphs showing the results of measurement of the water contact angle for each of the samples before the air-plasma treatment in Examples and Comparative Examples 1 to 3 Of water contact angle.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하에서, 본 발명에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention will be described in detail.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법은, (a) 금속 기재를 산 용액(acidic solution)에 침지시켜 유지시키는 단계; (b) 상기 금속 기재를 열수(hot water)에 침지시켜 유지시키는 단계; 및 (c) 상기 금속 기재 표면을 공기 플라즈마(air plasma)로 처리하는 단계를 포함하며, 상기 각 단계에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
As shown in FIG. 1, the method for forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention comprises the steps of: (a) immersing and holding a metal substrate in an acidic solution; (b) immersing the metal substrate in hot water to maintain it; And (c) treating the metal substrate surface with an air plasma, each of which will be described in detail below.

상기 단계 (a)에서는 금속 기재를 산 용액(acidic solution)에 침지시켜 유지시켜 금속 기재 표면에 마이크로 스케일의 요철 구조를 형성시킨다.In the step (a), the metal substrate is immersed in an acidic solution and held to form a microscale irregular structure on the surface of the metal substrate.

이때, 상기 금속 기재의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 순금속 또는 합금 그 어떤 것에도 적용할 수 있다.At this time, the material of the metal base material is not particularly limited, and can be applied to any of pure metals or alloys.

또한, 상기 산 용액은 금속 기재에 따라 그 종류가 상이할 수 있으며, 예를 들어, 염산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액, 왕수 수용액 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The acid solution may vary in kind depending on the metal substrate. For example, an aqueous solution of hydrochloric acid, an aqueous solution of sulfuric acid, an aqueous solution of nitric acid, and a solution of water of aqua regia may be used, but the present invention is not limited thereto.

한편, 본 단계에서 형성되는 마이크로 스케일을 가지는 요철은 그 직경이 1 내지 3 ㎛인 것이 바람직한데, 이는 상기 요철의 직경이 1 ㎛ 미만일 경우에는 표면의 거칠기가 너무 낮아서 초친수 효과가 저하되며, 3 ㎛를 초과하는 경우에는 에칭 시간을 매우 짧게 해야 하므로 표면이 균일하지 않은 경우가 발생하는 문제점이 있다.
On the other hand, it is preferable that the irregularities having micro-scale formed in this step have a diameter of 1 to 3 탆. If the diameter of the irregularities is less than 1 탆, the surface roughness is too low, Mu] m, the etching time must be very short, so that there is a problem that the surface is not uniform.

다음으로, 상기 단계 (b)에서는 표면에 마이크로 스케일의 요철이 형성된 금속 기재를 열수(hot water)에 침지시켜 유지시키는 단계이다.Next, in the step (b), a metal substrate having microscopic irregularities on its surface is immersed in hot water and held.

열수 내에서 금속 기재의 표면은 활성화되어 나노 스케일의 미세 기공을 형성하게 되며, 이와 더불어 금속 기재로부터 발생되는 금속 양이온과 열수로부터 유래하는 산소 음이온이 반응하여 금속 산화물을 형성시킴으로써 금속 기재 표면의 친수성을 더욱 향상시킨다.The surface of the metal substrate in the hot water is activated to form nanoscale micropores. In addition, the metal cation generated from the metal substrate and the oxygen anion derived from the hot water react with each other to form a metal oxide, Further improve.

이때, 상기 열수는 90℃ 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 ℃ 의 끓는 물(대기압 기준)일 수 있다.At this time, the hot water is preferably 90 ° C or higher, more preferably 100 ° C boiling water (atmospheric pressure).

한편, 본 단계에서 형성되는 나노 스케일을 가지는 기공은 그 직경이 100 내지 200 nm인 것이 바람직하다.
On the other hand, the pores having nanoscale formed in this step preferably have a diameter of 100 to 200 nm.

마지막으로, 단계 (c)에서서 금속 기재 표면을 공기 플라즈마(air plasma)로 처리하여 친수성을 보다 향상시키게 된다.Finally, in step (c), the surface of the metal substrate is treated with an air plasma to further improve hydrophilicity.

본 단계에서 수행되는 공기 플라즈마 처리는 기존의 일반적인 플라즈마 처리와 달리 상압, 상온, 공기 분위기 하에서 플라즈마 처리가 이루어지므로, 진공 공정이나 예열 공정이 전혀 필요하지 않아 공정이 획기적으로 줄어드는 이점을 가지면서, 금속 기재 표면에 친수성 피막을 형성시킨다.Since the air plasma treatment performed in this step is plasma treatment in an atmospheric pressure, room temperature, and air atmosphere unlike the conventional plasma treatment, the vacuum process or the preheating process is not required at all, A hydrophilic film is formed on the surface of the substrate.

이때, 상압이라 함은 대기압이나 대기압 근처의 압력을 의미하며, 이에 의해 발생된 플라즈마는 비교적 낮은 에너지를 가지는 글로우 방전형태로서 피처리 금속 기재의 물성 및 구조를 변화시키지 않으면서 친수성으로의 표면 개질 효과를 가져 올 수 있다.
Here, the atmospheric pressure means a pressure near atmospheric pressure or atmospheric pressure. The plasma generated by the atmospheric pressure is a glow discharge type having a comparatively low energy, and the surface reforming effect to the hydrophilic property Lt; / RTI >

상기와 같이 본 발명에서는 단계 (a) 및 단계 (b)를 수행함으로써 간단한 공정을 통해 마이크로/나노 복합구조의 계층적 표면 굴곡구조를 형성시킴으로써 친수성을 극대화할 수 있고, 나아가 장기적으로 친수성을 유지할 수 있다. 또한, 단계 (c)를 통해 금속 기재 표면에 높은 표면 에너지의 증가를 유도해 친수성을 한층 향상시켜 초친수성을 달성할 수 있다.
As described above, in the present invention, by performing the steps (a) and (b), hydrophilic properties can be maximized by forming a hierarchical surface curved structure of micro / nanocomposite structure through a simple process and further, have. In addition, through step (c), an increase in surface energy is induced on the surface of the metal substrate to further improve the hydrophilicity, thereby achieving superhydrophilic property.

그리고, 본 발명에 따른 초친수성 금속 표면 형성방법은 산 용액을 이용한 에칭 및 열수 처리를 수행함으로써 제조공정이 단순화 및 제조비용의 절감이 가능하며, 대량/대면적 또는 3차원 표면을 가지는 금속 기재 표면을 용이하게 초친수성으로 표면 개질 처리할 수 있으며, 초친수성 처리 효과를 장기간 지속시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 표면 처리된 금속 기재는 마이크로 스케일의 미세 요철 구조와 나노 스케일의 미세 기공을 동시에 구비함으로써 접촉각이 10ㅀ 이하인 극친수성 표면을 영구적으로 유지할 수 있어 초친수 특성이 요구되는 구조물을 포함하는 전자 장치나 기계장치는 운송수단 자동차, 항공기, 철도, 선박 또는 가정용/산업용 냉동공조시스템 및 가전제품 등에 유용하게 사용 가능하다.
The method of forming a superhydrophilic metal surface according to the present invention can simplify a manufacturing process and reduce manufacturing cost by performing etching and hydrothermal treatment using an acid solution, The surface modification treatment can be easily performed with superhydrophilic property, and the effect of superhydrophilic treatment can be sustained for a long time. In addition, the metal substrate surface-treated by the present invention is capable of permanently retaining an extremely hydrophilic surface having a contact angle of 10 ㅀ or less by simultaneously providing microscale fine concavo-convex structures and nanoscale fine pores, The electronic devices and machinery involved can be usefully used in transportation vehicles, aircraft, railways, ships or domestic / industrial refrigeration and air conditioning systems and consumer electronics.

아래에서 실시예를 기초로 해 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다. 단, 아래 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the examples given below are illustrative and not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예><Examples>

도 2에 도시된 바와 같이, 아세톤, 에탄올, 탈이온수(DI water)로 각각 3분간 초음파 세척해 준비해 둔 알루미늄 샘플을 희석된 염산(물:염산=2:1)의 혼합용액으로 3분간 에칭하여 샘플 표면에 마이크로 구조물을 형성시킨 후, 끓는 물에 15분 동안 침지시킨 상태로 유지하여 나노 구조물을 표면에 추가적으로 형성시켰다. 그리고나서, 상기 마이크로/나노 구조가 형성된 알루미늄 샘플 표면을 공기-플라즈마 처리(250W, 30분)함으로써 마이크로/나노 복합구조표면(MN-surface)을 가지는 알루미늄 샘플을 얻었다.
As shown in FIG. 2, an aluminum sample prepared by washing with acetone, ethanol and DI water for 3 minutes was etched for 3 minutes with a mixed solution of diluted hydrochloric acid (water: hydrochloric acid = 2: 1) Microstructures were formed on the surface of the sample and then immersed in boiling water for 15 minutes to form additional nanostructures on the surface. Then, an aluminum sample having a micro / nanocomposite structure surface (MN-surface) was obtained by air-plasma treatment (250 W, 30 minutes) of the aluminum sample surface on which the micro / nano structure was formed.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

아세톤, 에탄올, 탈 이온수(DI water)로 각각 3분간 초음파 세척한 후 공기-플라즈마 처리(250W, 30분)만 실시해 알루미늄 샘플(bare aluminium plate)을 준비하였다.
The sample was ultrasonically washed with acetone, ethanol and DI water for 3 minutes, and then subjected to an air-plasma treatment (250 W, 30 minutes) to prepare a bare aluminum plate.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

아세톤, 에탄올, 탈이온수(DI water)로 각각 3분간 초음파 세척해 준비해 둔 알루미늄 샘플을 희석된 염산(물:염산=2:1)의 혼합용액으로 3분간 에칭하여 샘플 표면에 마이크로 구조물을 형성시킨 후, 샘플 표면을 공기-플라즈마 처리(250W, 30분)함으로써 마이크로 구조표면(M-surface)을 가지는 알루미늄 샘플을 얻었다.
Ultrasonic cleaning was performed with acetone, ethanol and DI water for 3 minutes each, and the aluminum sample was etched with a mixed solution of diluted hydrochloric acid (water: hydrochloric acid = 2: 1) for 3 minutes to form microstructures on the sample surface , An aluminum sample having a microstructure surface (M-surface) was obtained by air-plasma treatment (250 W, 30 minutes) of the sample surface.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

아세톤, 에탄올, 탈이온수(DI water)로 각각 3분간 초음파 세척해 준비해 둔 알루미늄 샘플을 끓는 물에 15분 동안 침지시킨 상태로 유지하여 나노 구조물을 표면에 추가적으로 형성시킨 후, 샘플 표면을 공기-플라즈마 처리(250W, 30분)함으로써 나노 구조표면(N-surface)을 가지는 알루미늄 샘플을 얻었다.
The sample was ultrasonically cleaned with acetone, ethanol, and DI water for 3 minutes each, and the aluminum sample thus prepared was immersed in boiling water for 15 minutes to form a nanostructure on the surface, (250 W, 30 minutes) to obtain an aluminum sample having a nanostructure surface (N-surface).

<실험예><Experimental Example>

실시예 및 비교예 1 내지 3에 따른 알루미늄 샘플 표면의 구조 차이에 따른 친수성의 정도를 확인하기 위해, 실시예 및 비교예에서 제조된 샘플의 표면의 미세조직을 관찰하였으며, 각 샘플 표면에서의 수접촉각(water cotact angle)의 시간에 따른 변화를 측정하였다.In order to confirm the degree of hydrophilicity according to the difference in structure of the aluminum sample surface according to Examples and Comparative Examples 1 to 3, the microstructure of the surface of the sample prepared in Examples and Comparative Examples was observed, and the number The change in the water cotact angle over time was measured.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 각각 비교예 2, 비교예 3 및 실시예에서 얻어진 알루미늄 샘플 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 비교예 2에서 제조된 시편은 염산 에칭에 의하여 알루미늄 표면에 2~4 ㎛ 크기의 직사각형의 구조물이 형성되어 마이크로 텍스쳐(texture)를 형성하였고(도 3(a) 참조), 비교예 3에서 제조된 시편은 끓는 물에서 알루미늄과 반응하여 형성된 나노 스케일의 요철 구조를 표면에 가지고 있었다(도 3(b) 참조). 한편, 실시예에서 제조된 시편은 마이크로 및 나노 텍스쳐가 혼재된 복합 구조를 가짐을 확인할 수 있었다(도 3(b) 참조).3 (a) to 3 (c) are scanning electron microscope (SEM) photographs of the aluminum sample surface obtained in Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Example, respectively, and the specimen prepared in Comparative Example 2 was subjected to hydrochloric acid etching 3 (a)). On the aluminum surface, a rectangular structure having a size of 2 to 4 탆 was formed to form a micro texture (see Fig. 3 (a)) and the specimen prepared in Comparative Example 3 reacted with aluminum in boiling water (Fig. 3 (b)). On the other hand, it was confirmed that the specimens prepared in the examples had a complex structure in which micro and nanotextures were mixed (see Fig. 3 (b)).

도 4는 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샘플 표면에서의 수접촉각(water cotact angle)을 시간 경과에 따라 측정한 결과로서, 도 4를 참조하면 실시예에서 제조된 알루미늄 샘플의 표면은 측정 시점부터 8주가 경과할 때까지 0°에 가까운 접촉각을 유지하였으나, 비교예 2 및 3에서 제조된 샘플의 경우에는 측정 개시 후 1주일 동안에는 접촉각이 일정하였으나, 2주 또는 4주 이후부터 접촉각이 친수성이 감소함을 알 수 있다.FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of the water cotact angle over time at the sample surface prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3. As shown in FIG. 4, the surface of the aluminum sample prepared in the Example was The contact angle was maintained close to 0 ° until the elapse of 8 weeks from the measurement point. In the case of the samples prepared in Comparative Examples 2 and 3, the contact angle was constant during one week after the start of measurement, but the contact angle was maintained after 2 weeks or 4 weeks And the hydrophilicity is decreased.

한편, 도 5는 수접촉각 측정 개시 후 8주 경과 시점에서의 각 샘플 표면에서의 수접촉각을 보여주는 사진으로서, 도 5에 따르면 실시예에서 제조된 알루미늄 샘플의 표면은 0°에 가까운 접촉각을 가져 초친수성을 나타내는 반면, 비교예 1 내지 3에서 제조된 샘플은 적어도 20° 이상의 접촉각을 나타내는 것으로 나타났다.FIG. 5 is a photograph showing the water contact angle at each sample surface at the end of 8 weeks after the start of the water contact angle measurement. Referring to FIG. 5, the surface of the aluminum sample prepared in the example has a contact angle close to 0 ° While the samples prepared in Comparative Examples 1 to 3 showed a contact angle of at least 20 °.

참고로, 도 6은 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 공기-플라즈마 처리를 실시하기 전의 샘플들(실시예:'Micro/Nano', 비교예 1:'Bare', 비교예 2:'Micro(Etching)', 비교예 3:'Nano(boiling)')의 표면에서의 수접촉각(water cotact angle)을 시간 경과에 따라 측정한 결과로서, 이를 상기 도 4와 비교해보면 각 샘플마다 정도의 차이는 있으나 공기-플라즈마 표면 처리를 할 경우 접촉각의 증가가 보다 지연되어 시간이 경과하더라도 상대적으로 뛰어난 친수성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.6 is a graph showing the results of comparison between the samples before the air-plasma treatment (Examples: 'Micro / Nano', Comparative Example 1: 'Bare', Comparative Example 2: Micro Etching) ', and Comparative Example 3:' Nano (boiling) ') as a result of measuring the water cotact angle over time. As compared with FIG. 4, However, when the air-plasma surface treatment is performed, the increase in the contact angle is further delayed, and it can be confirmed that the hydrophilicity can be maintained relatively good even if the time elapses.

또한, 도 7은 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 공기-플라즈마 처리를 실시하기 전의 샘플들을 대상으로 한 수접촉각 측정 개시 후 8주 경과 시점에서의 각 샘플 표면에서의 수접촉각을 보여주는 사진으로서, 이를 상기 도 5와 비교해보면 공기-플라즈마 표면 처리를 함으로써 모든 샘플에서 장시간 경과 후에도 보다 향상된 친수성을 나타냄을 알 수 있다.7 is a photograph showing the water contact angles at the surface of each sample after 8 weeks from the start of the water contact angle measurement on samples before air-plasma treatment in Examples and Comparative Examples 1 to 3, Comparing this with FIG. 5, it can be seen that the air-plasma surface treatment exhibits improved hydrophilicity even after prolonged elapse of time in all samples.

Claims (9)

(a) 금속 기재를 산 용액(acidic solution)에 침지 및 유지시켜 금속 기재 표면에 마이크로 스케일의 요철을 형성시키는 단계;
(b) 상기 금속 기재를 열수(hot water)에 침지 및 유지시켜 금속 기재 표면에 나노 스케일의 기공을 형성시키는 단계; 및
(c) 상기 금속 기재 표면을 공기 플라즈마(air plasma)로 처리하여 금속 기재 표면에 표면 에너지의 증가를 유도해 친수성을 향상시키는 단계를 포함하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
(a) immersing and holding a metal substrate in an acidic solution to form micro scale irregularities on the surface of the metal substrate;
(b) immersing and holding the metal substrate in hot water to form nanoscale pores on the surface of the metal substrate; And
(c) treating the surface of the metal substrate with an air plasma to induce an increase in surface energy on the surface of the metal substrate to improve hydrophilicity.
제1항에 있어서,
상기 금속 기재는 알루미늄(aluminium)인 것을 특징으로 하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal substrate is aluminum. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 산 용액은 염산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액 또는 왕수 수용액인 것을 특징으로 하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acid solution in step (a) is an aqueous solution of hydrochloric acid, an aqueous solution of sulfuric acid, an aqueous solution of nitric acid, or an aqueous solution of aqua regia.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 금속 기재 표면에 직경 1 내지 3 ㎛의 마이크로 스케일의 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein a micro scale irregularity having a diameter of 1 to 3 占 퐉 is formed on the surface of the metal base in the step (a).
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 열수는 끓는 물인 것을 특징으로 하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hot water in step (b) is boiling water.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 금속 기재 표면에 직경 100 내지 200 nm의 나노 스케일의 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 초친수성 금속 표면 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein nanoscale pores having a diameter of 100 to 200 nm are formed on the surface of the metal substrate in the step (b).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 형성된 초친수성 표면을 가지는 금속 기재.A metal substrate having a superhydrophilic surface formed by the method according to any one of claims 1 to 6. 제7항에 있어서,
마이크로/나노 복합구조의 계층적 표면 굴곡구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초친수성 표면을 가지는 금속 기재.
8. The method of claim 7,
And a micro / nano composite structure having a superficial surface curvature structure.
제8항에 기재된 금속 기재로 이루어지는 열 교환기용 핀(fin).A fin for a heat exchanger comprising the metal base according to claim 8.
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