KR101625091B1 - 개폐 가능한 방향 화합물 방출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따라 외부 자극이 주어지면 변형되고, 상기 외부 자극이 없어지면 원상태로 복원되는 담지체; 상기 담지체 안에 위치하고, 상부가 상기 담지체에 의하여 닫혀 있으나, 상기 외부 자극 인가 여부에 의한 변형과 복원에 의하여 상기 상부가 여닫히는 것이 가능한, 방향 화합물을 담기 위한 복수의 홈; 및 상기 담지체의 내부 또는 표면에 위치하고, 상기 외부 자극을 상기 담지체에 인가하기 위한 외부 자극 인가 수단; 을 포함하는 방향 화합물 방출 장치가 제공된다.

Description

개폐 가능한 방향 화합물 방출 장치{Open-and-close controllable odor compound emission device}
향기와 같은 방향 화합물(odor compound)을 방출할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개폐 가능한 방향 화합물 방출 장치에 관한 것이다.
최근 4D 영화에서의 향기 효과, 디스플레이 장치에서의 향기 재현, 핸드폰을 통한 향기 전달과 같이 향기의 방출과 전자 장치의 작동이 결합되는 경우가 증가하고 있다.
그러나 종래의 향기를 방출하는 장치에서는 방향 화합물이 담겨있는 캡슐, 용기 등이 일단 개방되면 그 안의 방향 화합물이 모두 방출되므로, 방출시기와 방출량을 조절한 반복적인 방출이 어렵다.
방출시기와 방출량을 조절하여 방출할 수 있는 개폐 가능한 방향 화합물 방출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라 외부 자극이 주어지면 변형되고, 상기 외부 자극이 없어지면 원상태로 복원되는 담지체; 상기 담지체 안에 위치하고, 상부가 상기 담지체에 의하여 닫혀 있으나, 상기 외부 자극 인가 여부에 의한 변형과 복원에 의하여 상기 상부가 여닫히는 것이 가능한, 방향 화합물을 담기 위한 복수의 홈; 및 상기 담지체의 내부 또는 표면에 위치하고, 상기 외부 자극을 상기 담지체에 인가하기 위한 외부 자극 인가 수단; 을 포함하는 방향 화합물 방출 장치가 제공된다.
상기 담지체는 천연 고무 또는 합성 고무 소재로 이루어질 수 있다. 이때 상기 합성 고무는 블록 공중합체, 불소 고무, 실리콘 고무 및 이소프렌으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체에 열을 전달하기 위한 열선일 수 있다. 상기 열선은 상기 홈의 아래에 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 상기 담지체는 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 담지체는 전도성 고분자(conductive polymer), 액정성 탄성중합체(liquid crystalline elastomer) 또는 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)로 이루어질 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체에 전압을 전달하기 위한 전극일 수 있다. 상기 전극은 상기 담지체의 상면과 하면에 위치할 수 있다.
또 다른 한편으로, 상기 담지체는 온도 감응 상전이 고분자(temperature sensitive phase transition polymer)로 이루어질 수 있다. 상기 담지체는 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide))일 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체 내에 분산되어 있고, 외부 자기장에 의하여 상기 담지체를 유도 가열할 수 있는 자성 나노 입자일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따라 방향 화합물을 담기 위한 복수의 홈이 상면에 형성되어 있는 기판; 상기 기판의 상면에 형성되어 있는 캡핑막으로서, 일부가 상기 홈의 상부에서 맞닿아서 상기 홈의 상부를 닫고 있으나, 외부 자극이 주어지면 변형되어 상기 맞닿은 부분이 벌어지고, 상기 외부 자극이 없어지면 원상태로 복원되어 상기 벌어진 부분이 다시 맞닿음으로써, 상기 홈의 상부를 여닫는 것이 가능한 상기 캡핑막; 및 상기 기판의 내부 또는 표면에 위치하고, 상기 외부 자극을 상기 캡핑막에 전달하기 위한 외부 자극 인가 수단;을 포함하는 방향 화합물 방출 장치가 제공된다.
상기 캡핑막은 천연 고무 또는 합성 고무 소재로 이루어질 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막에 열을 전달하기 위한 열선일 수 있다.
다른 한편으로, 상기 캡핑막은 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 캡핑막은 전도성 고분자, 액정성 탄성중합체 또는 유전성 탄성중합체로 이루어질 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막에 전압을 전달하기 위한 전극일 수 있다.
또 다른 한편으로, 상기 캡핑막은 온도 감응 상전이 고분자로 이루어질 수 있다. 상기 캡핑막은 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide))으로 이루어질 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막 내에 분산되어 있고, 외부 자기장에 의하여 상기 캡핑막을 유도 가열할 수 있는 자성 나노 입자일 수 있다.
상기 홈은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다. 이때 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 매트릭스 배열의 각각의 열별로 또는 각각의 행별로 독립적으로 상기 외부 자극을 인가할 수 있도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 방향 화합물 방출 장치는 열 또는 전압과 같은 외부 자극에 따른 담지체 또는 캡핑막의 팽창 및 수축을 이용하여 홈의 입구를 개폐함으로써 방향 화합물의 방출시기 및 방출양을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치의 홈의 배열을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치의 제작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에서 설명한 방향 화합물 방출 장치의 작동을 평가하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시예의 방향 화합물 방출 장치에 인가한 전류 펄스의 그래프이다.
도 12는 도 11의 전류 펄스의 인가에 따라 가스 크로마토그래피가 검출한 시간에 따른 암모니아 농도의 그래프이다.
본 발명에서 "방향 화합물"이란 증발되어 향기, 약효 등을 낼 수 있는 화합물을 일컫는다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 담지체(11) 내에 홈(13)이 형성되어 있고, 홈(13)의 아래에는 열선(17)이 형성되어 있다. 홈(13)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공하며, 홈(13)의 입구는 담지체(11)의 일부가 맞닿아서 계면을 형성하면서 닫혀 있다. 홈(13)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 이때 홈(13)의 입구의 계면은 접착되어 있지는 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(13)의 입구가 열릴 수 있다.
담지체(11)는 고무(rubber) 소재로 이루어질 수 있다. 담지체(11)는 예를 들어 천연 고무 또는 합성 고무로 이루어질 수 있다. 합성 고무는 블록 공중합체, 불소 고무, 실리콘 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 등으로 이루어질 수 있다. 블록 공중합체는 예를 들면 스티렌-부타디엔-스티렌 고무(SBS rubber), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무(SEBS rubber), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체, 수첨스티렌-부타디엔 공중합체(hydrogenated styrene butadiene)를 포함할 수 있다. 이외에 합성 고무는 폴리실옥산, 폴리메타크릴아마이드, 니트릴고무, 아크릴고무, 폴리에틸렌테트라플루오라이드, 폴리부텐, 폴리펜텐 부틸고무(polypentene butyl rubber), 폴리메틸펜텐, 스티렌수첨폴리이소프렌(hydrogenated polyisoprene), 수첨폴리부타디엔 등을 포함할 수 있다. 실리콘 고무는 예를 들면 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)를 포함할 수 있다.
열선(17)은 전류를 흘려주면 전기 저항에 의하여 열을 발생시키는 선으로 이루어질 수 있다. 열선(17)은 예를 들면 니크롬선으로 이루어질 수 있다.
고무는 온도에 따라서 분자의 거동이 달라진다. 고무는 유리전이 온도(Tg) 이하에서는 단단한 상태(glass state)를 갖지만 유리전이 온도 이상이 되면 부드러운 상태(rubbery state)가 되어 계면이 존재할 경우 계면간 접착이 좋아진다. 따라서 유리전이 온도 이상에서 봉지(sealing) 능력이 좋아져 액체를 담는 마개로 사용될 수 있다. 즉, 고무로 된 담지체(11)는 유리전이 온도 보다 높은 실온에서는 부드러운 상태의 탄성(rubbery elastic modulus)을 가져서 홈(13)의 입구가 우수한 봉지(sealing) 상태를 유지한다. 그런데 열선(17)에 전류가 흘러서 담지체(11)가 가열되면 고무가 부드러운 상태에서 더 나아가 흐르는 상태 (flow state)가 된다. 그러면 홈(13) 입구의 봉지가 약하게 되고 결과로써 홈(13) 안의 방향 화합물(15)이 밖으로 방출된다. 한편, 열선(17)에 전류가 끊기면 담지체(11)의 온도가 내려가므로 담지체(11)의 고무가 흐르는 상태에서 다시 부드러운 상태로 돌아가면서 탄성이 생겨서 홈(13)의 입구가 다시 닫히게 된다. 따라서 열선(17)에 열을 발생시키는 전류의 온, 오프에 의하여 담지체(11)의 고무 분자 거동을 부드러운 상태에서 흐르는 상태로 변화시킴으로써 홈(13) 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(15)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 담지체(21) 내에 홈(23)이 형성되어 있고, 담지체(21)의 상면과 하면 위에 전압을 인가하기 위한 전극(27)이 형성되어 있다. 홈(23)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공하며, 홈(23)의 위부분은 담지체(21)의 일부가 맞닿아서 닫혀 있다. 홈(23)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 이때 담지체(21)의 일부가 맞닿은 부분은 접착되어 있지 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(23)의 입구가 열릴 수 있다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이 전극(27')이 홈(23')의 양쪽 편으로 위치할 수 있다.
담지체(21, 21')는 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질(이하, 전압 변형 물질로 칭한다)로 이루어질 수 있다. 담지체(21, 21')는 예를 들어 전도성 고분자(conductive polymer)와 탄성체의 혼합물, 액정성 탄성중합체(liquid crystalline elastomer) 또는 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)로 이루어질 수 있다.
전도성 고분자는 산화 환원시 주로 이온의 이동에 의하여 부피가 변화하여 수축과 팽창이 일어날 수 있다. 액정성 탄성중합체는 전압의 인가에 따른 액정의 상전이 또는 배향의 변화에 의하여 변형이 일어날 수 있다. 유전성 탄성중합체는 전기장에 의하여 전하 분리가 일어나고 그 인력으로 인하여 탄성체가 압착되어 변형이 일어날 수 있다.
전도성 고분자 물질로는 예를 들어 폴리아세틸렌(polyacetylene: PA), 폴리티오펜(polythiophene: PT), 폴리(3-알킬)티오펜[poly(3-alkyl)thiophene: P3AT], 폴리피롤(polypyrrole: PPY), 폴리이소시아나프탈렌(polyisothianapthelene: PITN), 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxythiophene: PEDOT), 폴리파라페닐렌 비닐렌(polyparaphenylene vinylene: PPV), 폴리(2,5-디알콕시)파라페닐렌 비닐렌 [poly(2,5-dialkoxy)paraphenylene vinylene], 폴리파라페닐렌 [polyparaphenylene: PPP), 폴리파라페닐렌설파이드(polyparaphenylene sulphide: PPS), 폴리헵타디엔(polyheptadiyne: PHT), 또는 폴리(3-헥실)테오펜 [poly(3-hexyl)thiophene: P3HT], 폴리아닐린 [polyaniline: PANI] 등의 단독 중합체 또는 공중합체를 사용할 수 있다.
액정성 탄성중합체로서는 예를 들어 폴리실옥산(polysiloxane), 폴리디메틸 실옥산(poly dimethyl siloxane), 테트라메틸렌시클로실옥산(tetramethylenecyclosiloxane), 히드로올리고디멜틸실옥산(hydro-oligo(dimethylsiloxane))을 수소규소화(hydrosilylation) 반응으로 경화시킨 단독 중합체 또는 폴리에스터(polyester)와 공중합체를 사용할 수 있다.
유전성 탄성중합체로서는 예를 들어 실리콘 또는 아크릴계 고무를 사용할 수 있다.
전극(27, 27')은 담지체(21, 21')에 전압을 인가하기 위한 물질로서 금속과 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 전극은 전압 인가에 의하여 담지체(21)에 변형을 가하여 홈(23, 23')의 입구를 열 수 있는 다양한 위치에 존재할 수 있다.
전압이 인가되지 않으면 담지체(21, 21')의 변형이 일어나지 않으므로 홈(23, 23')의 입구가 닫힌 상태를 유지한다. 그러나 전압이 인가되면 담지체(21, 21')가 수축되어 홈(23, 23')의 입구가 열리게 되고, 홈(23, 23') 안의 방향 화합물(25, 25')이 밖으로 방출된다. 다시 전압이 인가되지 않으면 담지체(21, 21')는 수축 상태로부터 본래의 상태로 되돌아와서 홈(23, 23')의 입구가 다시 닫히게 된다. 따라서 전극(27, 27')을 통한 전압 인가의 온, 오프에 의하여 홈(23, 23')의 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(25, 25')의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 담지체(31) 내에 홈(33)이 형성되어 있다. 홈(33)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공하며, 홈(33)의 위부분은 담지체(31)의 일부가 맞닿아서 닫혀 있다. 홈(33)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 이때 담지체(31)의 일부가 맞닿은 부분은 접착되어 있지 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(33)의 입구가 열릴 수 있다.
담지체(31)는 자성 나노 입자(magnetic nano particle)(37)를 함유하는 온도 감응 상전이 고분자(temperature-sensitive phase transition polymer)로 이루어질 수 있다. 온도 감응 상전이 고분자는 상전이 온도(phase transition temperature) 이하의 친수성 상태에서 물을 흡수하여 팽창할 수 있고, 상전이 온도 이상의 소수성 상태에서 물을 내어놓고 수축할 수 있다. 온도 감응 상전이 고분자의 담지체(31)는 주변으로부터 물을 흡수할 수 있다. 온도 감응 상전이 고분자 물질은 예를 들면 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide))를 사용할 수 있다. PNIPAM의 상전이 온도는 약 37℃ 이다.
실온에서 담지체(31)는 친수성의 팽창 상태에 있으며, 따라서 홈(33)의 입구가 닫혀있다. 담지체(31)에 외부 자기장을 걸어주면 담지체(31) 내의 자성 나노 입자(37)가 유도 가열(inductive heating)되어 담지체(31)의 온도가 상전이 온도 이상으로 올라갈 수 있다. 그러면 담지체(31)가 소수성 상태가 되어 수축되고 홈(33)의 입구가 열리면서 방향 화합물(35)이 밖으로 방출된다. 외부 자기장을 끊으면 자성 나노 입자(37)의 유도 가열은 멈추고 담지체(31)의 온도가 상전이 온도 이하로 내려간다. 상전이 온도 이하에서 담지체(31)는 친수성 상태가 되어 팽창하고, 홈(33)의 입구는 다시 닫히게 된다. 따라서 외부 자기장의 온, 오프에 의하여 홈(33)의 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(35)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다. 선택적으로, 온도 감응 상전이 고분자의 담지체(31) 내에 자성 나노 입자(37) 대신 도 1의 실시예의 경우와 마찬가지로 열선(미도시)을 도입하여 담지체(31)의 온도를 조절함으로써 방향 화합물(35)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다.
상기 실시예들에서 하나의 홈을 갖는 담지체를 도시하여 설명하였으나 담지체가 복수의 홈을 가질 수 있음은 물론이다. 또한 이들 복수의 홈은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판(41) 내에 복수의 홈(43)이 형성되어 있고, 홈(43)의 아래에는 열선(47)이 형성되어 있다. 홈(43)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공한다. 홈(43)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 기판(41) 표면에는 캡핑막(44)이 형성되어 있고, 캡핑막(44)의 일부가 맞닿아서 홈(43)의 입구가 닫혀 있다. 이때 캡핑막(44)의 일부가 맞닿은 부분은 접착되어 있지 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(43)의 입구가 열릴 수 있다.
기판(41)은 플라스틱, 금속, 실리콘 등과 같은 다양한 소재로 형성될 수 있다. 이때 기판(41) 내의 홈(43)은 예를 들면 MEMS(Microelectromechanical Systems) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 또는 기판(41)은 양극 산화 알루미늄(anodic aluminum oxide) 기판으로 이루어질 수 있다. 양극 산화 알루미늄 기판 내의 홈(43)은 양극 산화 과정에 의하여 형성될 수 있다. 이들 복수의 홈(43)은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
캡핑막(44)은 고무 소재로 이루어질 수 있다. 캡핑막(44)은 예를 들어 천연 고무 또는 합성 고무로 이루어질 수 있다. 합성 고무는 블록 공중합체, 불소 고무, 이소프렌, 실리콘 고무 등으로 이루어질 수 있다. 블록 공중합체는 예를 들면 스티렌-부타디엔-스티렌 고무(SBS rubber), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무(SEBS rubber)를 포함할 수 있다. 실리콘 고무는 예를 들면 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)를 포함할 수 있다.
열선(47)은 전류를 흘려주면 전기 저항에 의하여 열을 발생시킬 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면 열선(47)은 니크롬선으로 이루어질 수 있다.
캡핑막(44)은 실온에서는 부드러운 상태의 탄성을 가져서 홈(43)의 입구가 우수한 봉지 상태를 유지한다. 열선(47)에 전류를 흘리면 열선(47)이 가열되어 기판(41)과 캡핑막(44)을 가열한다. 캡핑막(44)이 가열되면 고무가 부드러운 상태에서 더 나아가 흐르는 상태가 되어 홈(43) 입구의 봉지가 약하게 되고 결과로써 홈(43) 안의 방향 화합물(45)이 밖으로 방출된다. 열선(47)에 전류를 끊으면 기판(41)과 캡핑막(44)의 온도가 내려가므로 캡핑막(44)의 고무가 흐르는 상태에서 다시 부드러운 상태로 돌아가면서 탄성이 생겨서 홈(43)의 입구를 닫게 된다. 따라서 열선(47)에 열을 발생시키는 전류 공급의 온, 오프에 의하여 홈(43)의 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(45)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판(51) 내에 복수의 홈(53)이 형성되어 있고, 홈(53)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공한다. 홈(53)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 기판(51)의 표면에는 캡핑막(54)이 형성되어 있고, 캡핑막(54)의 일부가 맞닿음으로써 홈(53)의 입구가 닫혀 있다. 이때 캡핑막(54)의 일부가 맞닿은 부분은 접착되어 있지 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(53)의 입구가 열릴 수 있다.
기판(51)은 플라스틱, 금속, 실리콘 등과 같은 다양한 소재로 형성될 수 있다. 이때 기판(51) 내의 홈(53)은 예를 들면 MEMS 공정에 의하여 형성될 수 있다. 또는 기판(51)은 양극 산화 알루미늄 기판으로 이루어질 수 있다. 양극 산화 알루미늄 기판 내의 홈(53)은 양극 산화 과정에 의하여 형성될 수 있다. 이들 복수의 홈(53)은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
캡핑막(54)은 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질로 이루어질 수 있다. 캡핑막(54)은 예를 들어 전도성 고분자, 액정성 탄성중합체 또는 유전성 탄성중합체로 이루어질 수 있다.
전도성 고분자 물질로는 예를 들어 폴리아세틸렌(polyacetylene: PA), 폴리티오펜(polythiophene: PT), 폴리(3-알킬)티오펜[poly(3-alkyl)thiophene: P3AT], 폴리피롤(polypyrrole: PPY), 폴리이소시아나프탈렌(polyisothianapthelene: PITN), 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxythiophene: PEDOT), 폴리파라페닐렌 비닐렌(polyparaphenylene vinylene: PPV), 폴리(2,5-디알콕시)파라페닐렌 비닐렌 [poly(2,5-dialkoxy)paraphenylene vinylene], 폴리파라페닐렌 [polyparaphenylene: PPP), 폴리파라페닐렌설파이드(polyparaphenylene sulphide: PPS), 폴리헵타디엔(polyheptadiyne: PHT), 또는 폴리(3-헥실)테오펜 [poly(3-hexyl)thiophene: P3HT], 폴리아닐린 [polyaniline: PANI] 등의 단독중합체 또는 공중합체를 사용할 수 있다.
액정성 탄성중합체로서는 예를 들어 폴리실옥산(polysiloxane), 폴리디메틸 실옥산(poly dimethyl siloxane), 테트라메틸렌시클로실옥산(tetramethylenecyclosiloxane), 히드로올리고디멜틸실옥산(hydro-oligo(dimethylsiloxane))을 수소규소화(hydrosilylation) 반응으로 경화시킨 단독 중합체 또는 polyester와 공중합체를 사용할 수 있다.
유전성 탄성중합체로서는 예를 들어 실리콘 또는 아크릴계 고무를 사용할 수 있다.
캡핑막(54)에 전압을 인가할 수 있도록 전극(57)이 캡핑막(54)의 상면과 하면에 형성되어 있다. 전극은 전압 인가에 의하여 캡핑막(54)에 변형을 가하여 홈(53)의 입구를 열 수 있는 다양한 위치에 존재할 수 있다.
전압이 인가되기 전에는 캡핑막(54)의 변형이 일어나지 않으므로 홈(53)의 입구가 닫힌 상태를 유지한다. 그러나 전압이 인가되면 캡핑막(54)이 수축되어 홈(53)의 입구가 열리게 되고, 홈(53) 안의 방향 화합물(55)이 밖으로 방출된다. 전압이 인가되지 않으면 캡핑막(54)은 수축 상태로부터 본래의 상태로 되돌아와서 홈(53)의 입구가 다시 닫히게 된다. 따라서 전압 인가의 온, 오프에 의하여 홈(53)의 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(55)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판(61) 내에 복수의 홈(63)이 형성되어 있고, 홈(63)은 방향 화합물이 담길 수 있는 공간을 제공한다. 홈(63)은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 기판(61)의 표면에는 캡핑막(64)이 형성되어 있고, 캡핑막(64)의 일부가 맞닿음으로써 홈(63)의 입구가 닫혀 있다. 이때 캡핑막(64)의 일부가 맞닿은 부분은 접착되어 있지 않으므로 힘을 가하면 서로 떨어져서 홈(63)의 입구가 열릴 수 있다.
기판(61)은 플라스틱, 금속, 실리콘 등과 같은 다양한 소재로 형성될 수 있다. 이때 기판(61) 내의 홈(63)은 예를 들면 MEMS 공정에 의하여 형성될 수 있다. 또는 기판(61)은 양극 산화 알루미늄 기판으로 이루어질 수 있다. 양극 산화 알루미늄 기판 내의 홈(63)은 양극 산화 과정에 의하여 형성될 수 있다. 이들 복수의 홈(63)은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
캡핑막(64)은 자성 나노 입자(62)를 함유하는 온도 감응 상전이 고분자층으로 이루어질 수 있다. 캡핑막(64)은 온도에 따라서 친수성 상태와 소수성 상태로 전환할 수 있다. 온도 감응 상전이 고분자는 상전이 온도 이하의 친수성 상태에서는 물을 흡수하여 팽창할 수 있고, 상전이 온도 이상의 소수성 상태에서는 물을 내어놓고 수축할 수 있다. 온도 감응 상전이 고분자 물질로 예를 들면 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide)를 사용할 수 있다. PNIPAM의 상전이 온도는 약 37℃ 이다.
실온에서 캡핑막(64)은 친수성의 팽창 상태에 있으며, 따라서 홈(63)의 입구가 닫혀있다. 캡핑막(64)에 외부 자기장을 걸어주면 자성 나노 입자(62)가 유도 가열되어 캡핑막(64)의 온도가 상전이 온도 이상으로 올라갈 수 있다. 상전이 온도 이상에서 캡핑막(64)은 소수성 상태가 되어 수축함으로써 홈(63)의 입구가 열리고 방향 화합물(65)이 밖으로 방출된다. 외부 자기장을 끊으면 자성 나노 입자(62)의 유도 가열은 멈추고 캡핑막(64)의 온도가 상전이 온도 이하로 내려간다. 상전이 온도 이하에서 캡핑막(64)은 친수성 상태가 되어 팽창함으로써 홈(63)의 입구는 다시 닫히게 된다. 따라서 외부 자기장의 온, 오프에 의하여 홈(63)의 입구를 여닫음으로써 방향 화합물(65)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수 있다. 선택적으로, 캡핑막(64) 내에 자성 나노 입자(62)를 함유시키지 않고, 기판(61) 내에 열선(미도시)을 도입하여 기판(61)을 통하여 캡핑막(64)의 온도를 조절함으로써 방향 화합물(65)의 방출의 온, 오프를 스위칭할 수도 있다.
상기 실시예들에서 원뿔형 또는 원통형의 홈이 도시되었으나, 홈의 형태는 이에 한정되지 않으며 다양한 모양을 가질 수 있다. 또한, 열선 및 전극의 위치와 형태 역시 위에서 상기 실시예들에 한정되지 않고, 담지체 또는 캡핑막을 변형하여 홈의 입구를 열고 닫을 수 있는 범위에서 적절하게 바뀔 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치의 홈의 배열을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 8에서 홈(3)이 행렬 형태로 배열되어 있고, A, B, C, D 및 E의 방향 화합물이 각각 I, II, III, IV, V 열의 홈(3)에 담길 수 있다.
각 열의 홈(3) 아래로 열선(7)이 지나갈 수 있다. 열(column)을 선택하여 열선(7)에 전류를 공급함으로써 방향 화합물을 선택하여 방출할 수 있다. 예를 들면, I 번 열의 열선(7)에 전류를 공급함으로써 A 방향 화합물을 방출할 수 있고, III 번 열의 열선(7)에 전류를 공급함으로써 C 방향 화합물을 방출할 수 있다.
한편, 동시에 둘 이상의 열을 선택하여 열선(7)에 전류를 공급함으로써 둘 이상의 방향 화합물을 동시에 방출할 수 있다. 예를 들면, I 번 열과 III 번 열의 열선(7)에 동시에 전류를 공급함으로써 A 방향 화합물과 C 방향 화합물을 동시에 방출할 수 있다. 홈(3)에 담긴 방향 화합물이 향수인 경우 각각의 향수를 선택하여 방출하거나 둘 이상의 향수를 동시에 선택하여 방출함으로써 새로운 향을 만들 수 있다.
선택적으로, 열을 선택하여 홈(3)을 열고 닫기 위하여 전극 배열을 이용할 수도 있다. 예를 들어 전압 변형 물질을 담지체 또는 캡핑막으로 사용한 경우 전극을 열 방향의 라인으로 형성하고 열을 선택하여 전압을 인가함으로써 방향 화합물을 선택하여 방출할 수 있다.
열이 아닌 행을 선택하여 방향 화합물을 방출할 수 있도록 할 수 있음은 물론이고, 홈을 임의로 그룹지어서 방향 화합물을 방출할 수 있도록 할 수도 있다.
이처럼 다양한 방향 화합물을 담고 있는 홈을 매트릭스 형태로 배열하고 열 또는 행을 선택하여 홈의 입구를 열고 닫음으로써 하나의 방향 화합물 방출 장치에서 다양한 방향 화합물을 선택적으로 방출할 수 있다.
실시예
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 화합물 방출 장치(70)의 제작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 용기(79) 내에 PDMS 용액(71a)을 담고, 상기 PDMS 용액(71a) 내에 홈을 만들기 위한 원뿔 형태의 틀(72)을 위치시켰다. 이때 PDMS 용액(71a)을 상기 틀(72) 보다 낮게 담아서 틀(72)의 꼭지점과 밑면이 노출되도록 하였다. PDMS 용액은 상품명 SYLGARD184와 경화제를 10:1로 혼합하여 형성하였다.
이어서 틀(72)을 포함하는 PDMS 용액(71a)을 80℃에서 30분 동안 열처리한 후 틀(72)을 제거하여 원뿔 형태의 홈(73)이 몸체를 관통하는 PDMS 담지체의 상부(71a)를 형성하였다. 다른 한편, 용기(79) 내에 PDMS 용액(71b)을 담고 80℃에서 30분 동안 열처리하여 PDMS 담지체의 하부(71b)를 형성하였다.
PDMS 담지체의 상부(71a)를 PDMS 담지체의 하부(71b) 위에 접착시켜서 원뿔 형태의 홈(73)의 밑면을 막음으로써 PDMS 담지체(71)을 형성하였다. PDMS 담지체(71)의 홈(73)의 입구인 상부는 원뿔의 꼭지점이므로 홈(73)의 입구는 닫혀 있는 것과 마찬가지이다.
PDMS 담지체(71)의 밑면에 니크롬선(77)을 설치하고 니크롬선(77)을 전극(78)과 연결하여 방향 화합물 방출 장치(70)를 완성하였다. 그리고 주사기를 통하여 PDMS 담지체(71)의 홈에 수산화 암모늄용액(NH3, 14. 8N)을 주입하였다.
평가예
도 10은 도 9에서 설명한 방향 화합물 방출 장치(70)의 작동을 평가하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 홈(73) 내에 수산화 암모늄용액(75)이 주입된 방향 화합물 방출 장치(70)를 용기(80) 내에 넣고 전극(78)을 DC 전력 공급기(88)에 연결하였다. 그리고 가스 크로마토그래피(86)로 연결되어 있는 튜브(84)가 달린 뚜껑(82)으로 용기(80)를 밀폐시켰다.
도 11은 실시예의 방향 화합물 방출 장치(70)에 인가한 전류 펄스의 그래프이다. 도 11에 나타난 바와 같이 40초 동안 1.5A의 전류를 공급하고 60초 동안 전류를 차단하는 것을 반복하였다. 1.5A의 전류 공급에 의하여 니크롬선(77)은 약 100℃까지 온도가 상승하였다.
도 12는 도 11의 전류 펄스의 인가에 따라 가스 크로마토그래피가 검출한 시간에 따른 암모니아 농도의 그래프이다. 도 12의 그래프에서 전류의 펄스 형태에 따라서 암모니아도 전류 펄스의 시작점으로부터 펄스 형태로 검출되고 있다. 즉, 전류가 펄스 형태로 온, 오프에 따라서 암모니아도 펄스 형태로 온, 오프되는 것을 알 수 있다. 이는 방향 화합물 방출 장치(70)의 방향 화합물의 방출의 온, 오프가 전류 신호의 온, 오프에 의하여 조절되고 있음을 보여준다.
11,21,31: 담지체 41,51,61: 기판
13,23,33,43,53,63: 홈 15,25,35,45,55,65: 방향 화합물
17,47: 열선 27,27',57: 전극
37,67: 자성 나노 입자 44,54,64: 캡핑막

Claims (26)

  1. 외부 자극이 주어지면 변형되고, 상기 외부 자극이 없어지면 원상태로 복원되는 담지체;
    상기 담지체 안에 위치하고, 상부가 상기 담지체에 의하여 닫혀 있으나, 상기 외부 자극 인가 여부에 의한 변형과 복원에 의하여 상기 상부가 여닫히는 것이 가능한, 방향 화합물을 담기 위한 복수의 홈; 및
    상기 담지체의 내부 또는 표면에 위치하고, 상기 외부 자극을 상기 담지체에 인가하기 위한 외부 자극 인가 수단; 을 포함하는 방향 화합물 방출 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 담지체는 천연 고무 또는 합성 고무 소재로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 합성 고무는 블록 공중합체, 불소 고무, 실리콘 고무 및 이소프렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 방향 화합물 방출 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체에 열을 전달하기 위한 열선인 방향 화합물 방출 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 열선은 상기 홈의 아래에 위치한 방향 화합물 방출 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 담지체는 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 담지체는 전도성 고분자(conductive polymer), 액정성 탄성중합체(liquid crystalline elastomer) 또는 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체에 전압을 전달하기 위한 전극인 방향 화합물 방출 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 전극은 상기 담지체의 상면과 하면에 위치한 방향 화합물 방출 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 담지체는 온도 감응 상전이 고분자(temperature sensitive phase transition polymer)로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 담지체는 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide))인 방향 화합물 방출 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 담지체 내에 분산되어 있고, 외부 자기장에 의하여 상기 담지체를 유도 가열할 수 있는 자성 나노 입자인 방향 화합물 방출 장치.
  13. 방향 화합물을 담기 위한 복수의 홈이 상면에 형성되어 있는 기판;
    상기 기판의 상면에 형성되어 있는 캡핑막으로서, 일부가 상기 홈의 상부에서 맞닿아서 상기 홈의 상부를 닫고 있으나, 외부 자극이 주어지면 변형되어 상기 맞닿은 부분이 벌어지고, 상기 외부 자극이 없어지면 원상태로 복원되어 상기 벌어진 부분이 다시 맞닿음으로써, 상기 홈의 상부를 여닫는 것이 가능한 상기 캡핑막; 및
    상기 기판의 내부 또는 표면에 위치하고, 상기 외부 자극을 상기 캡핑막에 전달하기 위한 외부 자극 인가 수단;을 포함하는 방향 화합물 방출 장치.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 캡핑막은 천연 고무 또는 합성 고무 소재로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 합성 고무는 블록 공중합체, 불소 고무, 실리콘 고무 및 이소프렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 방향 화합물 방출 장치.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막에 열을 전달하기 위한 열선인 방향 화합물 방출 장치.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 열선은 상기 홈의 아래에 위치한 방향 화합물 방출 장치.
  18. 제13 항에 있어서, 상기 캡핑막은 전압이 가해지면 변형이 일어나는 물질로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 캡핑막은 전도성 고분자, 액정성 탄성중합체 또는 유전성 탄성중합체로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  20. 제18 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막에 전압을 전달하기 위한 전극인 방향 화합물 방출 장치.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 전극은 상기 캡핑막의 상면과 하면에 위치한 방향 화합물 방출 장치.
  22. 제13 항에 있어서, 상기 캡핑막은 온도 감응 상전이 고분자로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 캡핑막은 PNIPAM(poly(N-isopropylacroamide))으로 이루어진 방향 화합물 방출 장치.
  24. 제22 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 캡핑막 내에 분산되어 있고, 외부 자기장에 의하여 상기 캡핑막을 유도 가열할 수 있는 자성 나노 입자인 방향 화합물 방출 장치.
  25. 제13 항에 있어서, 상기 홈은 매트릭스 배열을 이루는 방향 화합물 방출 장치.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 외부 자극 인가 수단은 상기 매트릭스 배열의 각각의 열별로 또는 각각의 행별로 독립적으로 상기 외부 자극을 인가할 수 있도록 배치되어 있는 방향 화합물 방출 장치.
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