KR101727241B1 - 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법 - Google Patents

친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

친수성 및 소수성 패턴 형성 장치를 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치는 내부공간이 형성된 챔버 부재, 상기 챔버 부재의 일측에 형성되어 상기 챔버 부재 내부로 반응 가스를 주입하는 가스 공급 유닛, 상기 챔버 부재의 일측에 형성되어 반응 가스가 배출되는 가스 배출 유닛, 상기 챔버 부재 내부에 배치되어 기재가 안착되는 지지 부재, 상기 지지 부재로부터 이격되도록 배치되어 상기 기재로 두 영역 이상의 파장으로 이루어진 자외선을 조사하는 자외선 조사부재, 상기 챔버 부재 내부에 배치되어 상기 자외선 조사부재로부터 조사된 자외선이 기재로 집광되게 하는 적어도 하나의 반사 부재 및 상기 기재로부터 이격되게 배치되어 상기 기재의 특정 영역을 차단하여 상기 기재에 조사되는 자외선의 일부가 차단되게 하는 마스크 부재를 포함할 수 있다.

Description

친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법{superhydrophobic-superhydrophilic patterns forming apparatus and superhydrophobic-superhydrophilic patterns forming method for using thereof}
본 발명은 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
고체 표면에 대한 물방울의 접촉각이 10° 보다 작은경우를 극친수성 표면이라 하고, 접촉각이 150° 보다 큰 경우를 극소수성 표면이라고 한다. 극소수성과 극친수성이 혼재된 패턴표면은 대기 중의 수분을 포집하여 식수를 생산하는 장치에 활용될 수 있으며, HVAC 시스템의 열교환기 표면에 응결된 수분 제거가 용이하여 열전달 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 미세유체를 조절하거나, 생명분야에서 세포를 배양하기 위한 표면 개발에 적용될 수 있다.
표면에너지가 큰 고체 표면에 마이크로미터와 나노미터 크기의 요철 구조를 형성하게 되면 그 표면은 극친수성을 나타내게 되며, 이 극친수성 표면을 불소수지와 같이 표면에너지가 낮은소수성 유기물로 코팅하여 극소수성 표면을 제작할 수 있다.
위와 같은 극소수성 표면 제작 방법은 극소수성과 극친수성이 혼재하는 표면 제작에 활용될 수 있다. 예를 들어 극친수성 표면위에 마스크를 두고 특정 부분만 소수성 코팅 용액에 노출시키면, 노출된 부분만 극소수성으로 개질 할 수 있다. 또 다른 방법은 극친수성 표면을 소수성 코팅하여 극소수성으로 만든후, 국부적으로 열을가하거나 식각을 통해코팅 층을 제거함으로써 특정 영역만 극친수성으로 되돌리는 방법이다.
그러나 극친수성 표면의 특정 부분에만 코팅용액을 도포하는 경우, 코팅 용액의 표면에너지가 낮기 때문에 마스크와 친수성 표면사이의 틈으로 코팅용액이 침투하여 원하는 영역에만 소수성 코팅이 어렵다. 또한 코팅 용액의 침투를 막기 위해압력을 가하여 마스크를 밀착하는 경우 표면의 요철 구조가 망가져서 극친수성이 제대로 구현되지 않을 수 있다.
또한, 극소수성 표면의 특정 부분에만 열을가하거나 식각을 통해소수성 코팅을 제거하는 방법은, 코팅 층 아래의 극친수성 표면이 물리적, 화학적 변화를 일으켜 극친수성이 제대로 구현되지 못할수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제조가 용이하면서도 극친수성 및 극소수성 패턴 품질이 향상될 수 있는 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치는 내부공간이 형성된 챔버 부재, 상기 챔버 부재의 일측에 형성되어 상기 챔버 부재 내부로 반응 가스를 주입하는 가스 공급 유닛, 상기 챔버 부재의 일측에 형성되어 반응 가스가 배출되는 가스 배출 유닛, 상기 챔버 부재 내부에 배치되어 기재가 안착되는 지지 부재, 상기 지지 부재로부터 이격되도록 배치되어 상기 기재로 두 영역 이상의 파장으로 이루어진 자외선을 조사하는 자외선 조사부재, 상기 챔버 부재 내부에 배치되어 상기 자외선 조사부재로부터 조사된 자외선이 기재로 집광되게 하는 적어도 하나의 반사 부재, 및 상기 기재로부터 이격되게 배치되어 상기 기재의 특정 영역을 차단하여 상기 기재에 조사되는 자외선의 일부가 차단되게 하는 마스크 부재를 포함할 수 있다.
한편, 상기 자외선 조사부재로부터 조사되는 자외선은, 180 nm 내지 200 nm 및 240 nm 내지 260 nm 영역의 파장으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 자외선 조사부재는, 저압 수은 램프, 유전체 배리어 방전램프 및 엑시머 램프 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 자외선 조사부재와 기재까지의 거리는 1 mm 내지 100 mm 일 수 있다.
한편, 상기 반응 가스는 산소 및 오존 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법은 친수성 기재를 마련하는 단계, 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서, 상기 자외선은 두 영역 이상의 파장일 수 있다.
한편, 상기 자외선은 180 nm 내지 200 nm 및 240 nm 내지 260 nm 영역의 파장을 포함할 수 있다.
한편, 상기 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 코팅층의 두께는 0.1 nm 내지 100 nm일 수 있다.
한편, 상기 소수성 유기물질은, 올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 1-데칸티올(1-decanethiol), 1-언데칸티올 (1-undecanethiol), 1- 도데케인티올(1-dodecanethiol), 1-테트라데칸티올(1-tetradecanethiol), 1-펜타데칸티올(1-pentadecanethiol), 1-헥사데칸티올(1-hexadecanethiol), 1-옥타데칸티올(1-octadecanethiol), 헥사데실트리클로로 실란(hexadecyltrichlorosilane), n-옥타데실트리에톡시실란(n-octadecyltriethoxysilane), n-옥타데실디메틸클로로실란(n-octadecyldimethylchlorosilane), n-옥타데실메톡시디클로로실란(n-octadecylmethoxydichlorosilane), 헥사데실트리메톡시실란 (hexadecyltrimethoxysilane), 트리아콘틸디메틸클로로실란 (triacontyldimethylchlorosilane), 트리아콘틸드리클로로실란 (triacontyltrichlorosilane) 중 선택된 어느 하나의 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbon)를 포함하는 화합물일 수 있다.
한편, 상기 소수성 유기물질은, 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로데칸티올(perfluorodecanethiol), 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란(hepta decafluorodecyl trimethoxysilane), 트리데카플루오로 트리클로로 실란(tridecafluoro - 1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl trichlorosilane), 트리데카플루오로-1 ,2, 2, 2-테트라하드로옥틸트리에톡시실란(tridecafluoro -1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl triethoxysilane), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA: perfluoroalkoxy alkanes), 불소화에틸렌프로필렌 (FEP: fluorinated ethylene propylene) 중에서 선택된 어느 하나의 불화 탄화수소(fluorinated hydrocarbon)를 포함하는 화합물일 수 있다.
한편, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서, 자외선이 조사되는 부분과 코팅층까지의 거리는 1 mm 내지 100 mm일 수 있다.
한편, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서, 자외선이 기재에 조사되는 시간은 10분 내지 10시간일 수 있다.
한편, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계 이후에는, 세정 용액으로 코팅층의 일부가 제거된 기재를 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법은 코팅 용액을 사용하지 않음으로써, 종래의 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법과 비교하여 마스크 부재와 기재 사이의 틈으로 코팅 용액이 침투하여 원하는 영역에만 소수성 코팅이 어렵게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 종래의 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법에서와 같이 마스크 부재를 기재에 밀착하지 않아도 됨으로써, 기재 표면의 마이크로 및 나노 요철 구조가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 종래의 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법과 다르게 식각과 같은 화학적인 처리나 열을 가하여 패턴을 형성하지 않으므로, 극친수성이 제대로 구현될 수 있다. 즉, 친수성 및 소수성 패턴의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 것으로,
도 3은 기재가 마련된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 기재 상에 소수성 유기물질로 코팅층을 형성한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 기재에 자외선이 조사되면서 오존 분해에 의해 코팅층의 일부가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 기재의 일부분의 코팅층이 제거된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법으로 제조가 완료된 친수성 및 소수성 패턴을 촬영한 사진이다.
도 8은, 도 7의 친수성 및 소수성 패턴에서 친수성 영역과 소수성 영역의 접촉각을 확대하여 촬영한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치(100)는 챔버 부재(110)와, 가스 공급 유닛(120)과, 가스 배출 유닛(130)과, 지지 부재(140)와, 자외선 조사부재(150)와, 반사 부재(160)와, 마스크 부재(170)를 포함할 수 있다.
챔버 부재(110)는 내부 공간이 형성된다. 내부 공간에는 후술할 지지 부재(140), 자외선 조사부재(150), 반사부재 및 마스크 부재(170)가 배치될 수 있다. 이러한 챔버 부재(110)는 자외선 및 오존이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 밀폐되도록 이루어질 수 있다.
가스 공급 유닛(120)은 상기 챔버 부재(110)의 일측에 형성된다. 가스 공급 유닛(120)은 상기 챔버 부재(110) 내부로 반응 가스를 주입한다. 이를 위한 가스 공급 유닛(120)의 구조는 일례로 가스 저장부(미도시), 가스 공급관(미도시), 제어 밸브(미도시)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
한편, 상기 반응 가스는 산소 및 오존 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 산소 또는 오존은 오존 분해에 의한 소수성 코팅층의 제거 속도를 높이기 위함이다. 소수성 코팅층의 제거되는 과정은 후술할 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법에서 상세하게 설명하기로 한다.
가스 배출 유닛(130)은 상기 챔버 부재(110)의 일측에 형성된다. 가스 배출 유닛(130)은 반응 가스를 배출시킨다. 가스 배출 유닛(130)은 챔버 부재(110) 내부의 가스를 배출 시킬 수 있는 구조이면, 어떤 구조이든 무관하다.
지지 부재(140)는 상기 챔버 부재(110) 내부에 배치되어 기재(310)가 안착된다. 지지 부재(140)는 챔버 부재(110)에서 바닥에 위치될 수 있다. 지지 부재(140)에서 기재(310)가 안착되는 부분은 판형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 기재(310)가 안정적으로 안착될 수 있는 형상이면 어떤 형상이든 무관하다.
자외선 조사부재(150)는 상기 지지 부재(140)로부터 이격되도록 배치되어 상기 기재(310)로 두 영역 이상의 파장으로 이루어진 자외선을 조사한다. 자외선 조사부재(150)는 챔버 부재(110)의 내부공간의 상부에 위치될 수 있다. 자외선 조사부재(150)는 저압 수은 램프, 유전체 배리어 방전램프 및 엑시머 램프 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 자외선 조사부재(150)는 동일한 램프 2개로 이루어지는 것도 가능하고, 서로 다른 램프 2개로 이루어지는 것도 가능할 수 있다. 그리고, 상기 자외선 조사부재(150)로부터 조사되는 자외선은 180 nm 내지 200 nm 및 240 nm 내지 260 nm 영역의 파장으로 이루어질 수 있다.
한편, 자외선 조사부재(150)와 기재(310)까지의 거리는 대략 1 mm 내지 100 mm일 수 있다.
반사 부재(160)는 상기 챔버 부재(110) 내부에 배치되어 상기 자외선 조사부재(150)로부터 조사된 자외선이 기재(310)로 집광되게 한다. 반사 부재(160)는 일례로 반사 미러일 수 있다. 반사 부재(160)가 반사 미러인 것으로 한정하지는 않으며, 재는 자외선을 반사시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 무방할 수 있다.
바람직하게는, 이러한 반사 부재(160)는 복수개 일 수 있다. 예를 들어, 자외선 조사부재(150)의 상부에 하나의 반사 부재(161)가 배치되고, 나머지 반사 부재(162)들은 챔버 부재(110)의 내부공간의 측벽에 대향되도록 배치될 수 있다.
기재(310)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 복수의 반사 부재(160)는 기재(310)의 표면 형상에 맞추어 위치와 표면과의 거리를 조절할 수 있도록 하여 자외선이 기재(310)의 표면에 고르게 조사될 수 있도록 한다. 즉, 설계에 따라 반사 부재(160)의 위치를 챔버 부재(110) 내부에서 자유롭게 변경할 수 있으므로, 반사 부재(160)가 반드시 상기와 같은 구조로 이루어진 것으로 한정하지는 않는다.
마스크 부재(170)는 상기 기재(310)로부터 이격되게 배치되어 상기 기재(310)의 특정 영역을 차단하여 상기 기재(310)에 조사되는 자외선의 일부가 차단되게 한다. 마스크 부재(170)는 일례로, 패턴이 관통되도록 형성된 마스크일 수 있다. 이러한 마스크 부재(170)에 의해 관통된 패턴으로만 자외선이 기재(310)로 조사될 수 있다.
이와 같은 자외선에 의해 오존 분해가 발생되어 친수성 및 소수성 패턴이 형성되는 것은 이후 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 설명하면서 상세하게 설명하기로 한다.
이하에서는 전술한 구조로 이루어진 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치(100)를 이용하여 기재의 표면에 친수성 및 소수성 패턴을 형성하는 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 다른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법(S200)은 친수성 기재를 마련하는 단계(S210), 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S220), 및 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230)를 포함한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 다른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법의 각 단계를 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 것으로, 도 3은 기재가 마련된 상태를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 친수성 기재를 마련하는 단계(S210, 도 2 참조)에서 친수성 기재(310)는 접촉각이 10°미만인 것일 수 있다. 친수성 기재(310) 상에는 마이크로 구조물이 형성될 수 있고, 마이크로 구조물에는 나노 구조물이 형성될 수 있다.
도 4는 기재 상에 소수성 유기물질로 코팅층을 형성한 상태를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S210, 도 2 참조)에서 상기 코팅층(320)의 두께는 0.1 nm 내지 100 nm일 수 있다. 소수성 유기물질을 친수성 기재(310)에 코팅하는 방법은 일례로, 소수성 유기물질을 분사장치로 분사하거나 증착 장치로 증착하는 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
한편, 상기 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S210, 도 2 참조)에서, 상기 코팅층(320)은 접촉각이 150° 이상인 극소수성 표면일 수 있다.
도 5는 기재에 자외선이 조사되면서 오존 분해에 의해 코팅층의 일부가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230, 도 2 참조)에서는 마스크 부재(170)가 기재(310)로부터 일정거리 이격된 상태에서 자외선 조사부재(150, 도 1 참조)로부터 자외선이 조사된다. 조사된 자외선은 반사 부재(160, 도 1 참조)에 의해 집광되어 마스크 부재(170)를 지나 기재(310)의 특정 영역에 조사된다.
챔버 부재 내부에 산소 또는 오존 가스가 채워진 상태이므로, 자외선에 의해 오존 분해가 발생된다. 이에 따라, 기재(310)에서 자외선에 노출되는 부분은 오존에 의해 제거될 수 있다.
한편, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230, 도 2 참조)에서, 상기 자외선은 두 영역 이상의 파장으로 이루어질 수 있다. 예컨대 상기 자외선은 180 nm 내지 200 nm 및 240 nm 내지 260 nm 영역의 파장을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 도면 상에서는 185 mm 및 254 mm의 자외선을 조사한 것으로 도시하였다.
그리고, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230, 도 2 참조)에서, 자외선이 조사되는 부분과 코팅층까지의 거리는 1 mm 내지 100 mm일 수 있다. 자외선이 조사되는 부분과 코팅층까지의 거리가 100mm 이상이면, 투과 거리가 과도하게 증가되어 기재의 표면에 도달하는 자외선의 강도가 저하될 수 있다.
또한, 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230)에서, 자외선이 기재(310)에 조사되는 시간은 10분 내지 10시간일 수 있다.
자외선이 기재(310)에 조사되는 시간은 10분미만이면, 기재의 코팅층이 제거되기 어려울 수 있다. 그리고, 자외선이 기재(310)에 조사되는 시간은 10시간을 초과하면, 기재의 표면이 자외선에 의해 손상될 수 있다.
한편, 기재에 코팅되는 소수성 유기물질은, 올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 1-데칸티올(1-decanethiol), 1-언데칸티올 (1-undecanethiol), 1- 도데케인티올(1-dodecanethiol), 1-테트라데칸티올(1-tetradecanethiol), 1-펜타데칸티올(1-pentadecanethiol), 1-헥사데칸티올(1-hexadecanethiol), 1-옥타데칸티올(1-octadecanethiol), 헥사데실트리클로로 실란(hexadecyltrichlorosilane), n-옥타데실트리에톡시실란(n-octadecyltriethoxysilane), n-옥타데실디메틸클로로실란(n-octadecyldimethylchlorosilane), n-옥타데실메톡시디클로로실란(n-octadecylmethoxydichlorosilane), 헥사데실트리메톡시실란 (hexadecyltrimethoxysilane), 트리아콘틸디메틸클로로실란 (triacontyldimethylchlorosilane), 트리아콘틸드리클로로실란 (triacontyltrichlorosilane) 중 선택된 어느 하나의 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbon)를 포함하는 화합물일 수 있다.
이와 다르게, 상기 소수성 유기물질은, 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로데칸티올(perfluorodecanethiol), 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란(hepta decafluorodecyl trimethoxysilane), 트리데카플루오로 트리클로로 실란(tridecafluoro - 1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl trichlorosilane), 트리데카플루오로-1 ,2, 2, 2-테트라하드로옥틸트리에톡시실란(tridecafluoro -1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl triethoxysilane), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA: perfluoroalkoxy alkanes), 불소화에틸렌프로필렌 (FEP: fluorinated ethylene propylene) 중에서 선택된 어느 하나의 불화 탄화수소(fluorinated hydrocarbon)를 포함하는 화합물일 수 있다.
한편, 도 2로 되돌아가서 상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계(S230) 이후에는, 세정 용액으로 코팅층의 일부가 제거된 기재를 세정하는 단계(S240)를 실시할 수 있다. 코팅층의 일부를 제거한 뒤에 기재의 표면에 분해된 소수성 유기물이 남아있을 수 있다.
그러므로, 순수 용액 또는 극성 용액을 이용하여 추가로 세정을 실시할 수 있다. 세정 과정에는 세정효과를 높이기 위하여 초음파 장치(미도시)가 추가될 수 있다. 초음파 장치는 특정 대상물을 세정하기 위해 사용되는 초음파 장치일 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 전술한 방법을 통해 구현된 극친수성 영역에 유기물 코팅을 실시하여 부분적으로 친수성, 소수성, 극소수성, 극친유성 중 하나 이상의 성질을 갖도록 변경할 수 있다. 또한 형성된 극친수성 영역을 실란 커플링제로 코팅하고, 이 영역만 금속 산화물 또는 금속을 부분적으로 증착하는데 이용되는 것도 가능할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법은 코팅 용액을 사용하지 않음으로써, 종래의 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법과 비교하여 마스크 부재와 기재 사이의 틈으로 코팅 용액이 침투하지 않으므로, 원하는 영역에만 소수성 코팅을 정확하게 할 수 있다.
또한, 종래의 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법에서와 같이 마스크 부재를 기재에 밀착하지 않아도 됨으로써, 기재 표면의 마이크로 및 나노 요철 구조가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 종래의 친수성 및 소수성 패턴형성 방법과 다르게 식각과 같은 화학적인 처리나 열을 가하여 패턴을 형성하지 않으므로, 극친수성이 제대로 구현될 수 있다. 즉, 친수성 및 소수성 패턴의 품질이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법으로 제조가 완료된 친수성 및 소수성 패턴을 촬영한 사진이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같은 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법에 의해 기재의 표면에 친수성 및 소수성 패턴이 형성되었음을 확인 할 수 있다.
도 8은, 도 7의 친수성 및 소수성 패턴에서 친수성 영역과 소수성 영역의 접촉각을 확대하여 촬영한 사진이다.
도 8의 좌측 사진에 도시된 바와 같이, 친수성 영역에서의 접촉각은 0°로 확인되었다. 그리고, 도 8의 우측 사진에 도시된 바와 같이, 소수성 영역에서의 접촉각은 164.5°로 확인되었다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 친수성 및 소수성 패턴 형성 장치
110: 챔버 부재 120: 가스 공급 유닛
130: 가스 배출 유닛 140: 지지 부재
150: 자외선 조사부재 160: 반사 부재
170: 마스크 부재 310: 기재
320: 코팅층 311: 친수성 영역

Claims (14)

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  6. 표면에 마이크로 구조물을 형성하고, 상기 마이크로 구조물 상에 나노 구조물을 형성하여 친수성 기재를 마련하는 단계,
    친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 및
    상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서,
    상기 기재는 밀폐된 챔버 내에 위치시키고, 상기 챔버 내에 산소 또는 오존 중 하나 이상을 포함한 반응 가스를 주입하며,
    자외선이 조사되는 부분과 상기 코팅층까지의 거리는 100 mm이내로 유지하는 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서,
    상기 자외선은 두 영역 이상의 파장인 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자외선은 180 nm 내지 200 nm 및 240 nm 내지 260 nm 영역의 파장을 포함하는 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 친수성 기재의 표면에 소수성 유기물질을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계에서,
    상기 코팅층의 두께는 0.1 nm 내지 100 nm인 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 소수성 유기물질은,
    올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 1-데칸티올(1-decanethiol), 1-언데칸티올 (1-undecanethiol), 1- 도데케인티올(1-dodecanethiol), 1-테트라데칸티올(1-tetradecanethiol), 1-펜타데칸티올(1-pentadecanethiol), 1-헥사데칸티올(1-hexadecanethiol), 1-옥타데칸티올(1-octadecanethiol), 헥사데실트리클로로 실란(hexadecyltrichlorosilane), n-옥타데실트리에톡시실란(n-octadecyltriethoxysilane), n-옥타데실디메틸클로로실란(n-octadecyldimethylchlorosilane), n-옥타데실메톡시디클로로실란(n-octadecylmethoxydichlorosilane), 헥사데실트리메톡시실란 (hexadecyltrimethoxysilane), 트리아콘틸디메틸클로로실란 (triacontyldimethylchlorosilane), 트리아콘틸드리클로로실란 (triacontyltrichlorosilane) 중 선택된 어느 하나의 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbon)를 포함하는 화합물인 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 소수성 유기물질은,
    1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로데칸티올(perfluorodecanethiol), 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란(hepta decafluorodecyl trimethoxysilane), 트리데카플루오로 트리클로로 실란(tridecafluoro - 1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl trichlorosilane), 트리데카플루오로-1 ,2, 2, 2-테트라하드로옥틸트리에톡시실란(tridecafluoro -1, 1, 2, 2 - tetrahydrooctyl triethoxysilane), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA: perfluoroalkoxy alkanes), 불소화에틸렌프로필렌 (FEP: fluorinated ethylene propylene) 중에서 선택된 어느 하나의 불화 탄화수소(fluorinated hydrocarbon)를 포함하는 화합물인 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  12. 삭제
  13. 제6항에 있어서,
    상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계에서,
    자외선이 기재에 조사되는 시간은 10분 내지 10시간인 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 기재에서 소수성 유기물질이 코팅된 면의 특정 영역에 자외선을 조사하여 오존 분해에 의해 상기 코팅층의 일부를 제거하여 친수성 영역을 형성하는 단계 이후에는,
    세정 용액으로 코팅층의 일부가 제거된 기재를 세정하는 단계를 포함하는 친수성 및 소수성 패턴 형성 방법.
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