KR101703916B1 - 나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

나노 복합 구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노 복합 구조체가 제공된다. 상기 나노 복합 구조체의 제조방법은, 기재를 준비하는 단계; 금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및 상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다. 상기 제조방법에 의하여, 대면적에 걸쳐 균일한 나노 패턴 구조를 갖는 나노 복합 구조체를 제조할 수 있다. 상기 나노 복합 구조체는, 표면에 나노 패턴을 형성하는 복수개의 제1 돌출부를 포함하는 기재; 및 상기 제1 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;를 포함한다.

Description

나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법 {Nano composite structure having nano patterned structure on its surface, and method for preparing the same}
나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 대면적에 걸쳐 균일한 나노 패턴 구조를 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 소수성이란 물에 젖기 어려운 성질을 뜻하는 것으로, 액체가 고체 평면과 이루는 접촉각이 90°를 초과할 때 고체 평면은 물과의 친화력이 작은 소수성이며, 접촉각이 90° 미만일 때 고체 평면은 물과의 친화력이 큰 친수성이다. 초소수성이란 해당 분야에서 고체의 표면에 접촉한 액체의 접촉각이 150° 이상인 경우로 일반적으로 정의된다.
최근에 물에 대한 접촉각이 150° 이상인 초소수성 표면은 기본적인 연구 및 실제적인 응용 모두에서의 중요성 때문에 상당한 관심을 끌어왔다. 초소수성(superhydrophobicity)은 물체의 표면이 극히 젖기 어려운 물리적 특성을 말한다. 예를 들어, 식물의 잎, 곤충의 날개 또는 새의 날개는 외부의 어떠한 오염물질이 특별한 제거 작업 없이 제거되거나 처음부터 오염이 되지 않게 하는 특성을 지니고 있다. 이것은 식물의 잎, 곤충의 날개, 새의 날개 등이 초소수성을 지니고 있기 때문이다.
젖음성(wettability)은 고체 재료의 주요 표면 특성이고, 이것은 화학적 조성 및 기하학적 마이크로/나노 구조 둘 다에 의해 주로 지배된다. 젖음성 표면은 기름-물 분리, 반사 방지, 생체 유착 방지, 점착 방지, 오염 방지, 자기 세정 및 유체 난류 억제와 같은 다양한 분야에서 잠재적 응용성으로 인하여 많은 주의를 끌어왔다.
최근에 대부분의 연구자들은 광범위한 잠재적인 응용성 때문에 생체 모방성 초소수성 표면의 제조에 초점을 맞추어 왔다. 자연에서 다수의 식물의 잎들은 발수성 및 자기 세정성을 나타낸다. 연잎은 자연발생적인 초소수성 표면 중 가장 유명한 예 중 하나이다. 연잎의 접촉각은 물에 대해 161° 부근이다. 연잎의 구조는 계층적인(hierarchical) 마이크로 및 나노 구조의 조합으로 이루어져 있다.
한편, 산업이 고도화됨에 따라 환경 문제가 크게 부각되고, 유수분리, 해수담수화와 같이 혼합물로부터 특정 물질을 분리 및/또는 제거하기 위한 소재에 대한 연구가 지속적으로 증가하고 있다.
유수분리용 소재는 초소수성 및 친유성을 가지는 것을 사용할 수 있는데, 예를 들어 부직포의 경우 친유 특성 및 소수 특성을 갖지만 소수 특성의 향상이 필요하며, 따라서 부직포의 표면에 나노 패턴 구조를 갖도록 하여 소수성을 향상시킨 바 있으나, 대면적에 걸쳐 균일한 나노 패턴 구조를 얻기는 어려움이 있다.
본 발명의 일 측면에서는 표면에 균일한 나노 패턴 구조를 갖는 나노 복합 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에서는 상기 제조방법에 의하여 제조될 수 있는 나노 복합 구조체를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에서는,
기재를 준비하는 단계;
금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및
상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;
를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 기재는 상기 기재는, 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상기 금속 망 구조체는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체는 상기 기재의 상방에 0 내지 10mm 의 간격을 두고 위치시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계는,
플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및
플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 증착 단계 및 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스를 이용하여 행해질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체는 Ti를 포함하고, 상기 플라즈마 처리는 O2 가스를 이용하여 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리는 -100V 내지 -1000V의 전압 범위에서, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서는,
표면에, 나노 패턴을 형성하는 복수개의 제1 돌출부를 포함하는 기재; 및
상기 제1 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;
를 포함하는 나노 복합 구조체가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 기재는 플라스틱, 섬유, 유리, 탄소계 물질, 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire) 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자는, Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 입자는 TiO2를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기재는 나노 패턴을 형성하지 않는 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 돌출부의 단부에는 무기 입자가 배치되지 않으며, 상기 기재 표면에서 메쉬 패턴(mesh pattern)을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기재의 표면 중 적어도 일부에 코팅된 소수성 박막을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 박막은 불소 박막, 불소 함유 탄소 박막, 유기 수소화 규소 박막 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 상기 나노 복합 구조체의 제조방법에 의하면, 대면적에 걸쳐 균일한 나노 패턴 구조를 갖는 나노 복합 구조체를 용이하게 제조할 수 있다. 상기 나노 복합 구조체는 초친수 또는 초발수 표면 특성을 가질 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 나노 복합 구조체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 나노 복합 구조체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 구현예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법에 사용되는 메쉬의 길이 및 간격, 및 기재와의 거리를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 나노 복합 구조체의 표면 상태를 비교한 SEM 사진이다.
도 7a는 실시예 1에서 제조한 나노 복합 구조체의 SEM 사진이다.
도 7b는 실시예 1에서 제조한 나노 복합 구조체의 표면의 구성 원소를 분석한 XPS 결과이다.
도 8a는 비교예 1에서 제조한 나노 복합 구조체의 SEM 사진이다.
도 8b는 비교예 1에서 제조한 나노 복합 구조체의 표면의 구성 원소를 분석한 XPS 결과이다.
도 9는 실시예 3 내지 5에서 제조한 나노 복합 구조체의 SEM 사진 및 소수성 박막을 코팅한 후 측정한 물의 접촉각을 나타낸 광학 사진이다.
도 10은 실시예 3 내지 5에서 제조한 나노 복합 구조체 표면에서 소수성 박막을 코팅하기 전후의 물에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 일 구현예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법 및 이에 의해 얻어지는 나노 복합 구조체에 대해 상세히 설명하고자 한다.
일 측면에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법은,
기재를 준비하는 단계;
금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및
상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다.
상기 나노 복합 구조체의 제조방법은 기재의 면적이나 단면 형태에 제한되지 않고, 특히 대면적에 걸쳐 나노 패턴이 균일하게 표면에 형성된 나노 복합 구조체를 연속 공정으로 제조할 수 있다.
여기서, "나노 복합 구조체"라 함은 기재의 표면에 나노 패턴 구조를 가지면서 기재와 상이할 수 있는 무기 재료인 금속 또는 금속 산화물이 나노 패턴 구조의 돌출부 단부에 배치되어 있으므로, "나노" 구조를 포함하면서 "복합 재료"를 포함할 수 있음을 의미한다. 상기 방법으로 제조되는 나노 복합 구조체의 구체적인 구조에 대해서는 후술하도록 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법, 도 2는 제2 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.
먼저, 상기 기재(1)는 이를 이루는 소재로서, 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹, 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이들의 공중합체, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유는 천연섬유, 인조섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 천연섬유로는 예를 들어, 면, 마, 모, 견, 석면 섬유, 이들의 조합 등을 사용할 수 있다. 상기 인조섬유로는 예를 들어, i) 레이온, 모달, 텐셀, 리오셀, 폴리노직 등의 재생섬유; ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등의 반합성섬유; iii) 나일론, 노멕스, 케블라 등의 폴리아미드계, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계, 아크릴, 폴리(메타)아크릴레이트계, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄, 폴리염화비밀(PVC), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리스티렌 등의 합성섬유; 및 유리섬유 등의 무기섬유 등을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소계 물질은 흑연, 탄소 섬유, 다이아몬드, 그래핀, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 금속은 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스 강(stainless steel), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은 (Ag), 티타늄(Ti), 실리콘 (Si), 또는 이들의 합금일 수 있으며, 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기재는 용도에 따라 다공성 기재일 수 있다. 상기 다공성 기재는 직포, 부직포, 또는 망 형태일 수 있다. 상기 기재(1)가 섬유 재질인 경우, 부직포 형태인 것이 바람직할 수 있다. 상기 기재(1)가 일정 수준 이상의 강도를 갖는 재질인 경우, 망 형태나 직포 형태도 가능하다. 망 형태의 기재(1)는 예를 들어 10 내지 500 메쉬(mesh)의 그물망 형태일 수 있다. 상기 메쉬 범위에서 물은 빠져나가고, 기름만 선택적으로 걸러낼 수 있다. 그물망이 500메쉬를 초과하면 메쉬 크기가 과도하게 작아 물이 빠져나가는 속도가 현저히 떨어져 유수분리 효율에 문제가 생길 수 있고, 10메쉬 미만이면 메쉬 크기가 과도하게 커서 기름까지 빠져나갈 염려가 있다.
상기 기재(1)는 평면 또는 곡면 형상을 가질 수 있다. 상기 기재(1)가 곡면 형상을 가지는 경우, 상기 나노 패턴이 적어도 상기 곡면 형상의 오목한 면에 형성될 수 있다. 상기 기재(1)가 곡면 형상을 가지는 경우, 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키고 기름만을 수거하는데 있어서, 휘발성이 강한 기름을 곡면 안쪽으로 모아 주어 기름의 증발이 일어날 표면적을 감소시킬 수 있으므로, 기름의 수거 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 기재(1)는 크기에 제한을 받지 않으며, 예를 들어 면적이 100 cm2 이상일 수 있다. 상기 기재(1)는 예를 들어 10 cm X 10 cm 이상의 대면적을 가질 수 있다. 상기 기재(1)의 두께는 제한되지 않는다.
상기 금속 망 구조체(2)는 나노 복합 구조체의 나노 패턴 표면에 코팅되는 무기 입자(3)의 원료가 될 뿐만 아니라, 후술하는 플라즈마 처리시 금속 망 구조체로(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)를 기재(1) 표면 전체에 균일하게 증착시킬 수 있다. 상기 무기 입자(3)는 무기 입자(3)가 증착되지 않은 기재(1) 부분이 선택적으로 식각될 수 있도록 마스크 내지 저해제(inhibitor)로 작용함으로써, 기재(1) 표면의 선택적인 식각으로 나노 패턴이 형성될 수 있는 것이다. 상기 금속 망 구조체(2)의 사용은, 무기 입자(3)를 기재(1) 표면 전체에 균일하게 증착시킬 수 있도록 하기 때문에, 상기 나노 복합 구조체의 대면적화를 가능하게 한다.
상기 금속 망 구조체(2)는 나노 복합 구조체의 용도에 따라 적합한 표면 특성을 부여할 수 있는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체(2)는 유수분리 구조체를 통하여 물은 통과하고 기름은 통과하지 않도록 친수성 내지 초친수성을 부여하는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 망 구조체(2)는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ti를 포함하는 금속 망 구조체의 경우, TiO2 입자가 코팅된 나노 구조체를 제조할 수 있다. TiO2 입자가 코팅된 나노 복합 구조체는 표면이 초친수성을 갖는다.
상기 금속 망 구조체(2)는 원하는 나노 패턴 구조에 따라 그 형태에 제한이 없다. 예를 들어 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 금속 망 구조체(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 기판 전체에 걸쳐 균일하게 증착될 수 있도록 망 구조를 가진 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 망 구조체(2)는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조한 금속 메쉬로 이루어질 수 있다. 상기 금속 망 구조체(2)를 이루는 금속 와이어의 직경, 및 간격 등은 특별히 제한되지는 않으며, 원하는 나노 패턴 구조에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어 상기 금속 망 구조체(2)를 이루는 금속 와이어의 간격은 10㎛ 내지 500㎛ 범위일 수 있다.
상기 금속 망 구조체(2)의 크기는 나노 패턴을 형성하고자 하는 기재(1)의 크기에 부합하도록 선택할 수 있다.
상기 기재(1) 상에 상기 금속 망 구조체(2)를 위치시키는데 있어서, 상기 금속 망 구조체(2)는 기재(1) 상에 접촉하게 위치시키거나 간격을 두고 위치시킬 수 있다. 상기 기재(1)와 상기 금속 망 구조체(2)의 상대적인 거리를 달리함으로써 기재(1) 표면에 형성되는 패턴을 다양하게 변화시킬 수 있다. 상기 기재와 상기 금속 망 구조체 사이의 거리는 0 내지 20 mm 범위에서 조절될 수 있다.
도 1은 금속 망 구조체(2)와 기재(1) 사이에 일정한 간격을 둔 경우에 해당하고, 도 2는 금속 망 구조체(2)와 기재(1)를 접촉시킨 경우에 해당한다.
이어서, 상기 금속 망 구조체(2)가 위치한 상기 기재(1)를 플라즈마 처리한다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계는,
플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및
플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;를 포함한다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리를 하게 되면, 먼저 상기 금속 망 구조체(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 떨어져 나와 기재(1) 표면에 증착된다. 상기 무기 입자(3)는 플라즈마 처리가 진행되는 동안 클러스터를 형성할 수 있다.
이때, 금속 망 구조체(2)와 기재(1)가 간격을 두고 위치하는 경우에는 도 1의 (a)에서 보는 바와 같이 금속 망 구조체(2)의 바로 아래의 기재 표면에도 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)가 형성될 수 있고, 금속 망 구조체(2)와 기재(1)가 접촉한 경우에는 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이 금속 망 구조체(2)의 바로 아래의 기재(1) 표면에는 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 증착될 수 없다.
상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 증착된 기재(1)를 계속해서 플라즈마 처리하면, 상기 기재(1) 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(2)가 증착되지 않은 부분이 선택적으로 식각되면서 기재(1) 표면에 나노 패턴 구조를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기재(1) 표면 중 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)가 증착된 곳에는 이들이 플라즈마의 식각 작용에 대한 저해제로 작용하여 그곳에서는 식각되는 속도가 현저하게 느린 반면, 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 증착되지 않은 기재(1) 표면은 플라즈마에 의해 식각이 이루어지므로 그곳에서는 식각 속도가 빠르게 되어, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 결과적으로 기재(1) 표면에 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire)와 같은 형태의 제1 돌출부(4a)로 이루어지는 나노 패턴을 형성할 수 있다. 도 2에서와 같이 금속 망 구조체(2)가 기재(1)와 직접 접촉하고 있는 경우는, 앞서 설명한 바와 같이, 금속 망 구조체(2) 바로 아래의 기재(1) 부분은 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(1)가 증착되지 않을 뿐만 아니라 플라즈마에 의한 식각 작용도 일어나지 않는다. 도 3은 도 1에 도시한 제1 실시예에 따라 제조된 나노 복합 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 4는 도 2에 도시한 제2 실시예에 따라 제조된 나노 복합 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)의 증착 단계와 기판(1)의 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행될 수 있다.
도 1과 같이, 금속 망 구조체(2)가 기재(1)와 간격을 두고 위치하는 경우에도 플라즈마 처리에 의한 식각이 계속되는 동안 금속 망 구조체(2)를 제거하지 않고 기재(1) 상부에 계속 유지시킬 수 있다. 플라즈마 처리에 의한 식각이 진행되는 동안, 기재(1) 상에 증착된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3) 또한 조금씩 스퍼터링에 의해 깍여나가기 때문에, 장시간 식각시 저해제 역할을 할 무기 입자(3)가 계속 공급될 필요가 있기 때문이다. 따라서, 금속 망 구조체(2)를 제거하지 않고 연속적으로 플라즈마 처리를 함으로써, 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)를 계속해서 공급할 수 있고 클러스터를 유지할 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 그 조건 및 처리 시간 등을 조절함으로써 다양한 형태의 나노 패턴 구조를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 플라즈마 처리는 -100V 내지 -1000V의 전압 범위에서 행해질 수 있으며, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 행해질 수 있다. 플라즈마 처리 시간이 길어질수록 기재 표면이 친수성(hydrophilic)에서 초친수성(superhydrophilic)으로 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 시간이 길어지면, 기재 표면의 초친수성이 증가하면서 물에 대한 접촉각이 20° 이하, 10° 이하, 5° 이하, 또는 더 나아가 1° 이하까지도 감소할 수 있다. 여기서, 기재 표면의 순수에 대한 접촉각이 20° 이하는 친수로 정의하고, 접촉각이 10° 이하는 초친수로 정의된다.
상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스 존재하에 행해질 수 있다. 이중, O2 가스를 이용하는 경우, 플라즈마 처리에 의해 기재(1) 표면이 산소와 결합하여 지속성을 가지는 친수성 표면을 부여할 수 있다. 한편, 플라즈마 처리시 압력은, 예를 들어 1 내지 1000 mTorr 일 수 있으며, 더 높은 대기압도 가능할 수 있다.
또한, 상기 금속 망 구조체(2)의 와이어의 간격 또는 직경 등을 조절하여 마찬가지로 다양한 패턴 구조를 얻을 수 있다. 도 5는 일 구현예에 따른 구조체의 제조방법에서 사용되는 금속 또는 금속 산화물 메쉬와 기재와의 간격(h), 메쉬 와이어의 직경(d) 및 메쉬 와이어의 간격(s)을 표시하였는 바, 이러한 요소들을 조절하여 원하는 패턴 구조를 얻을 수 있게 된다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 복합 구조체의 제조방법은, 상기 나노 복합 구조체를 제조한 후, 제조된 나노 복합 구조체에 소수성(hydrophobic)의 표면 특성을 발현하기 위하여, 상기 플라즈마 처리 단계 후에, 상기 금속 망 구조체를 제거하고 상기 기재 표면에 소수성 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 소수성 박막은 상기 소수성 박막은 불소 박막, 불소 함유 탄소 박막, 유기 수소화 규소 박막 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소수성 박막은 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 시간이 길어질수록, 소수성 박막을 형성시킨 기재 표면의 소수성을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 상기 나노 복합 구조체의 제조방법은 나노 복합 구조체의 용도에 따라 표면의 친수성, 초친수성 또는 소수성 정도를 용이하게 제어할 수 있다.
이하에서, 상기 제조방법으로 제조될 수 있는 나노 복합 구조체에 관하여 설명하기로 한다.
일 측면에 따른 나노 복합 구조체는,
표면에, 나노 패턴을 형성하는 복수개의 제1 돌출부를 포함하는 기재; 및
상기 제1 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;를 포함한다.
상술한 바와 같이, 여기서 "나노 복합 구조체"라 함은 기재의 표면에 나노 패턴 구조를 가지면서 기재와 상이할 수 있는 무기 재료인 금속 또는 금속 산화물이 나노 패턴 구조의 돌출부 단부에 배치되어 있으므로, "나노" 구조를 포함하면서 "복합 재료"를 포함할 수 있음을 의미한다.
상기 나노 복합 구조체는 상술한 바와 같이 제조 방법의 공정 조건을 달리하여 다양한 나노 패턴이 기재 표면에 형성될 수 있다. 상기 기재의 종류 및 형태에 대해서는, 일 구현예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법에 관하여 앞에서 설명한 바와 같으므로, 여기서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 패턴을 형성하는 상기 제1 돌출부는 직경이 1 내지 100nm 범위이고, 길이가 1 내지 10,000nm 범위이며, 종횡비가 1 내지 50 일 수 있다. 상기 제1 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire) 형태일 수 있다.
제1 돌출부의 적어도 일부의 단부에는 무기 입자가 배치된다. 상기 무기 입자는 나노 복합 구조체의 용도에 따라 적합한 표면 특성을 부여할 수 있는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 또는 금속 산화물은 제조과정에서 사용된 금속 망 구조체로부터 유래된다. 예를 들어, 상기 무기 입자는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 이들의 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 나노 패턴을 형성하는 제1 돌출부 단부에 TiO2를 포함하는 무기 입자가 배치된 경우, 상기 나노 복합 구조체가 가질 수 있는 친수성 표면 특성이 더욱 더 초친수성으로 변화될 수 있다.
한편, 거의 대부분의, 또는 모든 제1 돌출부 단부에 금속 망 구조체로부터 유래된 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자가 배치될 수도 있지만, 플라즈마 처리에 의한 식각 공정에서 일부 무기 입자가 깎여 떨어져 나갈 수 있으므로, 모든 제1 돌출부의 단부에 무기 입자가 배치되지 않을 수도 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 나노 복합 구조체는 도 1에 도시한 제1 실시예의 나노 복합 구조체의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 복수개의 제1 돌출부(4a)는 균일한 간격으로 반복되면서 기재(1) 표면의 전면에 걸쳐 균일한 나노 패턴을 형성할 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 나노 복합 구조체는 도 2에 도시한 제2 실시예의 나노 복합 구조체의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 도 4에서 보는 바와 같이, 제조과정에서 금속 망 구조체와 접촉해 있던 기재(1)의 표면 부분은 플라즈마 처리에 의한 식각이 일어나지 않으므로, 나노 패턴을 형성하지 않는 제2 돌출부(4b)가 존재할 수 있다. 상기 제2 돌출부(4b)의 단부에는 무기 입자(3)가 배치되지 않는다. 상기 제2 돌출부(4b)는 기판에 접촉해 있었던 금속 망 구조체의 형태와 동일한 패턴으로 기재 표면에 남게 된다. 상기 제2 돌출부(4b)는 메쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 복합 구조체는 상기 기재의 표면 중 적어도 일부에 코팅된 소수성 박막을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 박막은 상기 소수성 박막은 불소 박막, 불소 함유 탄소 박막, 유기 수소화 규소 박막 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소수성 박막은 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)을 포함할 수 있다.
상술한 나노 복합 구조체는 유수분리용 소재로서 사용될 수 있다. 구체적으로는 액체/액체 분리용 소재로 사용될 수 있다. 예를 들어 해양에서의 기름유출시 기름 회수용 장치, 필터, 오일펜스 등에 사용되거나, 자동차 등의 운송수단용 인탱크형 필터, 또는 스핀온형 필터, 및 전기/전자산업용 격막 소재 등으로 사용될 수 있다. 이 밖에도 기체/액체 분리용 소재로서 산업기계용 에어로졸 분리 소재, 공기정화 소재로 사용되는 등 각종 산업용 필터 용도로 사용될 수 있다.
또한, 상기 나노 복합 구조체는 건축용 외장재(비닐사이딩(vinyl siding), 벽 판넬, 유리창, 플라스틱 시트 등), 타포린(막구조, 오닝(awning), 천막 등), 간판 등에 필요한 광고재, 안전재(도로 표지판, 중앙 분리대, 차량 번호판에 필요한 반사 시트 등), 무적재(비닐하우스용 무적 필름, 음식 랩핑용 등), 김서림 방지재 (욕실유리용, 건물유리용, 차량용 등), 자동차 외장(사이드 미러용, 차체 도장 등) 등에 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
하기 실시예 및 비교예에서 제조한 표면의 모폴로지 구조는 주사전자현미경법(SEM, Hitachi Inc., S-4000, Japan)으로 조사하였다. 물에 대한 접촉각(CA)은 접촉각 미터(Phoenix, SEO Co. Ltd.)로 측정하였다. 정적 접촉각에 사용된 각 물방울의 부피는 5㎕이었다. 평균 CA 값은 동일 샘플에 대하여 5개의 상이한 위치에서 측정하여 얻었다.
실시예 1
기재로는 직경이 160mm이고 두께가 1mm인 원형의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(제조사: SK Chemical)를 사용하였다.
금속 메쉬로는 스테인레스강 메쉬(Nilaco Co., Ltd, 직경: 160mm 인 원형, 와이어 간격: 320㎛, 와이어 직경: 180㎛) 를 사용하였으며, 플라즈마 처리 장치로는 Radio-frequency generator (제조사 : Advanced Energy, 제품명 : RTX-600) 를 사용하였다.
먼저, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내 캐소드 위에 상기 기재를 놓았다. 상기 기재 위에 2mm의 간격을 두고 스테인레스강 메쉬를 위치시켰으며, 메쉬를 고정하기 위해서 mesh의 테두리에 지지대를 쌓고 그 위에 mesh를 올려놓음으로써 메쉬와 기재의 거리를 조절하였다. 그런 다음 -400V 의 전압, 50mTorr의 압력, O2 가스 20sccm의 분율로 60분 동안 플라즈마 처리하여 나노 복합 구조체를 제조하였다.
실시예 2
상기 스테인레스강 메쉬와 기재 사이의 간격(h)이 0mm가 되도록, 상기 스테인레스강 메쉬를 기재 표면에 접촉시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 플라즈마 처리를 실시하여 나노 복합 구조체를 제조하였다.
비교예 1
스테인레스강 메쉬를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기재에 플라즈마 처리를 하여 나노 복합 구조체를 제조하였다.
평가예 1: 표면 패턴 및 성분 분석
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 나노 복합 구조체의 표면 패턴을 확인하기 위하여, 그 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 도 6에 도시하였다. 도 6에서 보는 바와 같이, 실시예 1을 기재 표면 전체에 걸쳐 균일한 나노 패턴이 형성된 반면, 실시예 2는 스테인레스강 메쉬가 접촉되어 있던 기재 표면에는 나노 패턴이 형성되지 않았으며, 나노 패턴으로 식각되지 않은 부분이 스테인레스강 메쉬의 모양대로 남겨져 있는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 실시예 1에서 얻은 나노 복합 구조체의 SEM 사진 및 표면의 구성 원소를 분석한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 결과를 각각 도 7a 및 도 7b에 나타내었고, 비교예 1에서 얻은 나노 복합 구조체의 SEM 사진 및 표면의 구성 원소를 분석한 XPS 결과를 각각 도 8a 및 도 8b에 나타내었다.
도 7a 및 도 8a에서 보는 바와 같이, 실시예 1과 같이 금속 메쉬를 사용하여 플라즈마 처리된 나노 복합 구조체는 표면에는 나노 패턴이 균일하게 형성된 반면, 금속 메쉬를 사용하지 않고 플라즈마 처리하여 제조된 비교예 1의 나노 복합 구조체는 나노 패턴이 제대로 형성되지 않았음을 알 수 있다.
도 7b 및 도 8b에서 보는 바와 같이, XPS를 이용한 표면 분석 결과, 스테인레스강 메쉬를 사용한 경우에는, 기재 표면에서 스테인레스강의 주성분인 Fe, Cr 등이 나노 구조체 표면에서 분포하여 나노 복합 구조체를 형성함을 확인할 수 있다. 반면, 스테인레스강 메쉬를 사용하지 않은 경우, 기재 표면에서는 금속 원소에 대한 결과가 없음을 알 수 있다.
실시예 3 내지 5
플라즈마 처리 시간을 각각 5분, 10분, 30 및 60분으로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 나노 복합 구조체를 제조하였다.
나노 복합 구조체를 형성한 후 소수성 특성을 발현하기 위해서 나노 복합 구조체를 형성한 직후 같은 챔버 내에서 소수성 박막을 코팅하였다. 상기 소수성 박막의 코팅은 헥사메틸디실록산 (hexamethyldisiloxane, HMDSO) 가스로 플라즈마화학증착(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 이용하여, 10 mtorr, -400 V의 조건 하에서 15초 동안 수행되었다.
평가예 2: 표면 특성 평가
상기 실시예 3 내지 5에서 제조한 나노 복합 구조체의 SEM 사진 및 물에 대한 접촉각을 관찰한 사진을 도 9에 나타내었다. 모든 샘플은 O2 플라즈마 표면 처리후 소수성 박막이 코팅된 상태이다.
도 9에서 보는 바와 같이, O2 플라즈마 처리 시간이 늘어남에 따라 나노 복합 구조체에서 나노사이즈의 돌출부의 길이가 늘어나면서 나노 패턴이 잘 형성된 것을 알 수 있다.
또한, 물에 대한 접촉각은 플라즈마 처리 시간이 5분의 경우 95°, 10분은 145°, 30분은 155°, 60분은 160°로 측정되었다. O2 플라즈마의 처리 시간이 증가함에 따라서 소수성 박막 처리된 기재 표면의 소수성이 또한 증가되는 것을 확인할 수 있다.
산소 플라즈마 처리 시간에 따른 소수성 박막 코팅 전과 후의 기재 표면에서의 물에 대한 접촉각을 측정하고, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 산소 플라즈마 처리를 실시한 후 소수성 박막 코팅을 하지 않은 나노 복합 구조체 표면에서는 물에 대한 접촉각이 급격히 감소하여 플라즈마 처리 시간 10분 이상에서는 접촉각이 10° 미만으로 매우 낮은 초친수 표면을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 산소 플라즈마 처리를 실시한 후 소수성 박막을 코팅하게 되면 도 10과 유사한 결과를 얻을 수 있는데, 산소 플라즈마 처리 시간이 20분 이상의 경우 150° 이상으로 물에 대한 접촉각이 매우 높게 나타나며 초소수 표면이 얻어지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 금속 망 구조체를 이용하여 대면적의 균일한 나노 패턴 구조를 갖는 나노 복합 구조체를 얻을 수 있다. 용도에 따라 표면에 증착되는 무기 입자 종류 및 플라즈마 가스 종류를 조절하고, 추가적인 소수성 박막 코팅 등을 통하여, 상기 나노 복합 구조체의 표면 특성을 친수성, 초친수성, 또는 초소수(초발수) 등으로 변화시킬 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (36)

  1. 기재를 준비하는 단계;
    금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및
    상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 플라즈마 처리 단계는,
    플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및
    플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;
    를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재는, 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스타일렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 이들의 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 섬유는 천연섬유, 인조섬유 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 흑연, 탄소 섬유, 다이아몬드, 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 망 구조체는 상기 기재의 상방에 0 내지 10mm 의 간격을 두고 위치하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 망 구조체는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 망 구조체의 망 간격이 10㎛ 내지 500㎛ 범위인 나노 복합 구조체의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 증착 단계 및 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행되는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스를 이용하여 행해지는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 -100V 내지 -1000V의 전압으로, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 수행되는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 금속 망 구조체는 Ti를 포함하고, 상기 플라즈마 처리는 O2 가스를 이용함으로써, 초친수성 표면 특성을 갖는 나노 복합 구조체를 형성하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계 후에, 상기 금속 망 구조체를 제거하고 상기 기재 표면에 소수성 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소수성 박막은 불소 박막, 불소 함유 탄소 박막, 유기 수소화 규소 박막 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 소수성 박막은 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)을 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법.
  17. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 나노 복합 구조체.
  18. 표면에, 나노 패턴을 형성하는 복수개의 제1 돌출부를 포함하는 기재; 및
    상기 제1 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;
    를 포함하고,
    상기 기재는, 플라스틱, 섬유, 유리, 세라믹 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스타일렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 이들의 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 섬유는 천연섬유, 인조섬유 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 흑연, 탄소 섬유, 다이아몬드, 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 나노 복합 구조체.
  23. 삭제
  24. 제18항에 있어서,
    상기 기재는 섬유를 포함하는 부직포 형태인 나노 복합 구조체.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 제1 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire) 형태인 나노 복합 구조체.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 제1 돌출부는 직경이 1 내지 100nm 범위이고, 길이가 1 내지 10,000nm 범위이며, 종횡비가 1 내지 50 인 나노 복합 구조체.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 무기 입자는, Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 이들의 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 복합 구조체.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 무기 입자는 TiO2를 포함하는 나노 복합 구조체.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 나노 패턴은 동일 또는 상이한 간격으로 반복되어 형성된 나노 복합 구조체.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 기재는 나노 패턴을 형성하지 않는 제2 돌출부를 더 포함하는 나노 복합 구조체.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제2 돌출부의 단부에는 무기 입자가 배치되지 않는 나노 복합 구조체.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 제2 돌출부는 메쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성된 나노 복합 구조체.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 제2 돌출부의 두께는 적어도 상기 제1 돌출부의 길이와 같거나 더 두꺼운 나노 복합 구조체.
  34. 제18항에 있어서,
    상기 기재의 표면 중 적어도 일부에 코팅된 소수성 박막을 더 포함하는 나노 복합 구조체.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 소수성 박막은 불소 박막, 불소 함유 탄소 박막, 유기 수소화 규소 박막 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 복합 구조체.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 소수성 박막은 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)을 포함하는 나노 복합 구조체.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210136347A (ko) 2020-05-07 2021-11-17 한국전기연구원 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872107A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 张艳 一种实现油品泄漏探测的方法及其装置
KR101879800B1 (ko) * 2016-08-10 2018-07-19 한국기계연구원 수분 포집 메쉬 및 그 제작 방법
KR101896400B1 (ko) * 2016-12-23 2018-09-07 한국과학기술원 나노필라 어레이 전극을 기반으로 하는 플렉서블 pH 센서 및 이의 제조방법
KR101896614B1 (ko) * 2016-12-28 2018-09-07 한국과학기술연구원 유분리 막을 구비하는 오일 펜스
KR101921626B1 (ko) * 2016-12-28 2018-11-26 한국과학기술연구원 유회수 장치 및 유회수 장치를 포함한 유회수 시스템
KR101965434B1 (ko) * 2017-03-15 2019-04-03 주식회사 메피온 유착 방지재 및 그 제조 방법과 장치
KR102049150B1 (ko) * 2017-09-04 2019-11-27 전북대학교산학협력단 유수분리필터 및 그의 제조방법
KR101946294B1 (ko) * 2017-09-21 2019-02-12 한국과학기술연구원 친수성필터를 이용한 누유검출장치
KR20190060406A (ko) * 2017-11-24 2019-06-03 한국과학기술연구원 유출유 회수 장치 및 방법
KR102041611B1 (ko) * 2018-01-03 2019-11-06 한국과학기술원 복합 나노구조체를 이용하여 유해바이오 물질을 포집 및 진단하기 위한 시스템 및 방법
KR102127557B1 (ko) * 2018-02-19 2020-06-26 한국과학기술연구원 회전형 이물질 회수 장치
KR20200007117A (ko) 2018-07-11 2020-01-22 (주)코아이 유출유 회수 뜰채
CN109056673A (zh) * 2018-09-07 2018-12-21 江苏瑞尔丽新材料科技有限公司 一种收集浮油的设备
KR102212152B1 (ko) * 2019-03-05 2021-02-04 한국과학기술연구원 유수분리 필터 장치
KR102187858B1 (ko) * 2019-04-08 2020-12-09 한국과학기술연구원 마이크로-나노 복합 구조를 갖는 고분자 소재, 이를 포함하는 장치, 및 상기 고분자 소재의 제조방법
CN110284039B (zh) * 2019-07-22 2020-06-30 中国航发北京航空材料研究院 一种在铝合金圆柱形内壁面生成耐磨涂层的制备方法
KR102380113B1 (ko) * 2019-12-04 2022-03-29 한국과학기술연구원 혼합유체의 이물질 수거장치
WO2021141390A1 (ko) * 2020-01-10 2021-07-15 장병용 유수분리 장치
KR102425275B1 (ko) 2020-04-14 2022-07-27 한국과학기술연구원 유수분리필터 구조체 및 이를 포함하는 유수분리장치
KR102200323B1 (ko) * 2020-05-08 2021-01-07 장병용 유수분리 장치 및 유수분리 장치를 포함하는 선박
CN114426352A (zh) * 2020-09-28 2022-05-03 中国石油化工股份有限公司 焦化废水的处理装置和方法
WO2023027358A1 (ko) * 2021-08-25 2023-03-02 영남대학교 산학협력단 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정전기 방전 시스템
KR20230048855A (ko) 2021-10-05 2023-04-12 장섭근 유수분리 장치
KR102656825B1 (ko) 2021-11-22 2024-04-11 장섭근 혼합액 분리장치
KR20240033326A (ko) 2022-09-05 2024-03-12 장섭근 혼합액 분리장치
CN114377435A (zh) * 2022-01-18 2022-04-22 中国石油大学(华东) 一种超耐用型油水分离网的制备方法
KR102455362B1 (ko) * 2022-02-25 2022-10-18 한밭대학교산학협력단 기름 회수용 소재 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7579077B2 (en) * 2003-05-05 2009-08-25 Nanosys, Inc. Nanofiber surfaces for use in enhanced surface area applications
KR101203136B1 (ko) * 2010-03-22 2012-11-20 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 나노 와이어 제조 방법
WO2012087352A2 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 The Regents Of The University Of California Superhydrophobic and superoleophobic nanosurfaces
KR101405721B1 (ko) * 2011-04-29 2014-06-13 한국과학기술연구원 소수성이 개선된 기공체 및 그 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. Hsieh et al. Materials Science and Engineering B. 2009, Vol. 156, pp. 18-23*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210136347A (ko) 2020-05-07 2021-11-17 한국전기연구원 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법

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