KR101771362B1 - Gas sensing nano actuator and method for manufacturing of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 나노 필러 어레이 일면에 비대칭으로 형성된 금속막을 포함하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a gas sensitive nanoactuator including a metal film formed asymmetrically on one surface of a nanofiller array.
수소는 석유, 화학 및 철강과 같은 산업 전반에 걸쳐 필수적인 원료로 사용되고 있고 수소 연료 전지가 개발됨에 따라 일상생활에서도 사용량이 매년 증가하고 있다. 그러나 수소는 무색, 무취 및 무미의 가스로 공기 중 4%만 되어도 쉽게 폭발하는 특성 때문에 안전성 확보를 위하여 누출 검지 시스템 사용이 필수적이다.Hydrogen is used as an essential raw material for all industries such as petroleum, chemical and steel. As hydrogen fuel cells are developed, their usage is increasing every year in everyday life. However, hydrogen is a colorless, odorless, tasteless gas that easily explodes even in 4% of the air, so it is essential to use the leak detection system to ensure safety.
종래의 수소 센서로는 반도체 센서, 전기화학 센서, FET(field effect transistor)센서 및 저항(resistance) 센서가 있었다.Conventional hydrogen sensors include semiconductor sensors, electrochemical sensors, field effect transistor (FET) sensors, and resistance sensors.
반도체 센서는 금속산화물 반도체를 사용하여 수소 흡착에 대한 저항의 변화를 측정하는 형태의 센서로서, 범용적으로 활용이 가능하나, 높은 농도의 수소 가스를 검지할 수 없다는 단점이 존재하였다.The semiconductor sensor is a sensor for measuring a change in resistance to hydrogen adsorption using a metal oxide semiconductor. However, the semiconductor sensor has a disadvantage in that a high concentration of hydrogen gas can not be detected.
전기화학 센서는 수소를 연료로 하는 전기화학 전지를 구성하여 환원제인 산소를 동시에 공급하면서 전류를 발생시키고, 이 전류를 측정함으로써, 수소의 농도를 구하는 형태의 센서로서, 정확한 농도의 측정이 가능하지만, 가격이 너무 비싼 단점이 존재하였다.The electrochemical sensor is a sensor that forms an electrochemical cell using hydrogen as a fuel to generate current while simultaneously supplying oxygen as a reducing agent and measuring the current to obtain the concentration of hydrogen. It is possible to measure an accurate concentration , There was a disadvantage that the price was too high.
또한, FET센서는 수소에 매우 민감한 금속을 게이트(gate)로 사용하여 트랜지스터를 구성한 형태의 센서로서, 수소를 흡수한 팔라듐이 미소하게 저항이 변화하는 것을 이용하여 이를 전류 또는 전압 특성신호로 바꾸어 수소의 농도를 측정하고, 매우 낮은 농도까지 측정이 가능하기 때문에 안전센서로 활용이 가능하지만, 구조가 다소 복잡하다는 단점이 있다.In addition, the FET sensor is a sensor in which a transistor is constituted by using a metal which is highly sensitive to hydrogen as a gate. The sensor converts a hydrogen or a palladium absorbing hydrogen into a current or voltage characteristic signal, And it can be used as a safety sensor because it can measure up to a very low concentration. However, it has a disadvantage in that the structure is somewhat complicated.
저항센서는 수소의 흡수에 따라 금속막의 저항이 변화하는 것을 직접 측정하여 수소의 농도를 결정하는 형태의 센서로서, 구조는 단순하지만, 응답 시간이 느리다는 단점이 존재하였다.The resistance sensor is a sensor that measures the concentration of hydrogen by directly measuring the change of the resistance of the metal film according to the absorption of hydrogen. The sensor has a simple structure, but has a disadvantage of slow response time.
전술한 기존의 수소를 감지하기 위한 센서들은 전기적 성질을 측정하는 방식으로, 디스플레이, 스피커 및 전력 장치와 같은 부가적인 장치를 필요로 한다는 단점이 있다.The conventional sensors for sensing hydrogen have a disadvantage of requiring additional devices such as a display, a speaker and a power device in a manner of measuring electrical properties.
따라서, 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해서 전력 공급 없이 수소의 누출 여부를 알 수 있는 산화텅스텐(WO3)과 같은 가스변색(gasochromic) 재료 기반의 무전원 수소 센서 개발이 진행되었으나, 가스변색 방식은 수소와 반응 재료간의 화학 반응을 기반으로 하기 때문에 반응 시간이 수 분에서 수십 분까지 소요되어 응답속도가 느리고, 상온에서 비가역 특성을 나타내기 때문에 실제 상용화 가능성이 매우 낮다는 단점이 존재하였다.Therefore, in order to overcome these technical limitations, development of a non-power-source hydrogen sensor based on a gasochromic material such as tungsten oxide (WO 3 ), which can detect the leakage of hydrogen without power supply, Since the reaction time is from several minutes to several tens of minutes since the reaction is based on the chemical reaction between the reaction materials, there is a disadvantage that the response speed is slow and the irreversible characteristics are exhibited at room temperature, so that the commercialization possibility is very low.
본 발명의 실시예들은 나노 필러 어레이의 일면에 비대칭으로 형성된 금속막이 외부 가스와의 반응에 따라 부피변화를 발생하고, 부피변화에 기인한 광학적 특성 변화를 통해 육안으로 외부 가스를 검지하기 위한 나노 엑츄에이터에 관한 것이다.The embodiments of the present invention are directed to a nanofiller array in which a metal film formed asymmetrically on one surface of a nanofiller array generates a volume change according to a reaction with an external gas and detects an external gas by naked eyes through a change in optical characteristics due to volume change, .
본 발명의 실시예들은 나노 필러 어레이의 일면에 비대칭으로 형성된 금속막이 외부 가스와의 반응에 따라 부피변화를 발생하고, 부피변화에 기인한 광학적 특성 변화를 통해 육안으로 가스의 검지가 가능하여, 디스플레이 및 전원 장치 없이 무전력으로 외부 가스를 검지하기 위한 나노 엑츄에이터에 관한 것이다.In embodiments of the present invention, a metal film formed asymmetrically on one surface of a nanopillar array generates a volume change according to a reaction with an external gas, and a gas can be detected visually through a change in optical characteristic due to volume change, And a nanoactuator for detecting an external gas with no power without a power supply device.
본 발명의 실시예들은 몰드를 이용한 주조 공정(casting process) 및 비대칭 증착 공정을 사용하여, 공정 단계 간소화를 통한 생산 비용의 저감이 가능한 나노 엑츄에이터에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a nanoactuator capable of reducing the production cost by simplifying the process steps using a casting process and an asymmetric deposition process using a mold.
본 발명의 실시예에 따른 가스 감응형 나노 엑츄에이터는 복수개의 나노 필러 어레이가 형성된 폴리머 기판; 및 상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 폴리머 기판에 대해 비대칭으로 형성된 금속막을 포함하고, 상기 금속막은 외부 가스와 반응하고, 상기 반응에 따른 부피 변화를 기반으로 상기 나노 필러 어레이의 형태가 변화하는 것을 특징으로 한다.The gas sensor of the present invention comprises a polymer substrate on which a plurality of nanofiller arrays are formed; And a metal film formed asymmetrically with respect to the polymer substrate on one surface of the plurality of nanopillar arrays, wherein the metal film reacts with an external gas, and the shape of the nanopillar array changes based on a change in volume due to the reaction .
상기 금속막은 상기 부피 변화에 따라 광학적 특성이 변하고, 상기 변화된 광학적 특성을 통해 상기 외부 가스가 감지될 수 있다.The metal film changes its optical characteristic according to the volume change, and the external gas can be detected through the changed optical characteristic.
상기 금속막은 상기 외부 가스의 농도에 대응하여 상기 부피 변화가 제어되고, 상기 제어된 부피 변화에 의해 상기 광학적 특성이 변할 수 있다.The metal film is controlled in the volume change corresponding to the concentration of the external gas, and the optical characteristic can be changed by the controlled volume change.
상기 금속막은 상기 금속막의 두께에 대응하여 상기 부피 변화가 제어되고, 상기 제어된 부피 변화에 의해 상기 광학적 특성이 변할 수 있다.The metal film is controlled to have the volume change corresponding to the thickness of the metal film, and the optical characteristic can be changed by the controlled volume change.
상기 금속막은 상기 폴리머 기판의 표면에 대해 증착 각도를 조절하여 상기 나노 필러 어레이의 일면에 비대칭으로 형성될 수 있다.The metal film may be formed asymmetrically on one surface of the nanopillar array by adjusting the deposition angle with respect to the surface of the polymer substrate.
상기 폴리머 기판은 나노 필러 패턴이 형성된 몰드에 폴리머 주입 및 경화 공정을 진행한 다음, 상기 몰드를 제거하는 주조 공정(casting process)을 이용하여, 상기 나노 필러 패턴에 대응되는 상기 복수개의 나노 필러 어레이가 형성될 수 있다.The polymer substrate is fabricated by performing a polymer injection and curing process on a mold having a nanopillar pattern, and then using the casting process to remove the mold, the plurality of nanopillar arrays corresponding to the nanopillar pattern .
상기 금속막은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag), 티타늄(Ti), 철(Fe), 아연(Zn), 코발트(Co), 망간(Mn), 금(Au), 텅스텐(W), 인듐(In) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.The metal film may be formed of at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), silver (Ag), titanium (Ti), iron (Fe), zinc (Zn), cobalt (Co), manganese (Au), tungsten (W), indium (In) and aluminum (Al).
상기 복수개의 나노 필러 어레이는 길이가 1㎛ 내지 4㎛ 범위이고, 직경이 100㎚ 내지 400㎚ 범위일 수 있다.The plurality of nanopillar arrays may have a length ranging from 1 탆 to 4 탆 and a diameter ranging from 100 nm to 400 nm.
상기 금속막은 10nm 내지 120nm 두께로 형성될 수 있다.The metal film may be formed to a thickness of 10 nm to 120 nm.
상기 폴리머는 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene), 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 (Perfluoroalkyl acrylate), 퍼플루오로폴리에터 (Perfluoropolyether) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.The polymer may be selected from the group consisting of polyurethane acrylate, polydimethylsiloxane, ethylene tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl acrylate, perfluoropolyether, And at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene.
상기 외부 가스는 수소(H2)를 포함할 수 있다.The external gas may include hydrogen (H 2 ).
본 발명의 실시예에 따른 가스 감응형 나노 엑츄에이터는 나노 필러 패턴이 형성된 몰드에 폴리머를 주입하는 단계; 상기 몰드를 제거하여 상기 나노 필러 패턴에 대응하는 복수개의 나노 필러 어레이가 형성된 폴리머 기판을 준비하는 단계; 및 상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 금속막을 비대칭으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 금속막은 외부 가스와 반응하고, 상기 반응에 따른 부피변화를 기반으로 상기 나노 필러 어레이의 형태가 변화한다.The gas sensitive nanoactuator according to an embodiment of the present invention includes the steps of: injecting a polymer into a mold having a nano-pillar pattern; Removing the mold to prepare a polymer substrate having a plurality of nanopillar arrays corresponding to the nanopillar patterns; And forming a metal film asymmetrically on one surface of the plurality of nanofiller arrays, wherein the metal film reacts with an external gas, and the shape of the nanofiller array changes based on the change in volume due to the reaction.
상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 금속막을 비대칭으로 형성하는 상기 단계는, 상기 폴리머 기판의 표면에 대해 증착 각도를 조절하여 상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 상기 금속막을 비대칭으로 형성할 수 있다.The step of asymmetrically forming a metal film on one surface of the plurality of nanopillar arrays may form the metal film asymmetrically on one surface of the plurality of nanopillar arrays by adjusting the deposition angle with respect to the surface of the polymer substrate.
상기 증착 각도는 상기 폴리머 기판의 표면에 대해 45°일 수 있다.The deposition angle may be 45 [deg.] With respect to the surface of the polymer substrate.
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 나노 필러 어레이의 일면에 폴리머 기판 표면에 대해 비대칭으로 형성된 금속막이 외부 가스와의 반응에 따라 부피변화를 발생하고, 부피변화에 기인한 광학적 특성 변화를 통해 육안으로 외부 가스를 검지할 수 있다.In the nanoactuator according to the embodiment of the present invention, the metal film formed asymmetrically with respect to the surface of the polymer substrate on one surface of the nanofiller array undergoes volume change according to reaction with external gas, and changes in optical characteristics The external gas can be detected.
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 나노 필러 어레이의 일면에 폴리머 기판 표면에 대해 비대칭으로 형성된 금속막이 외부 가스와 반응에 따라 부피변화를 발생하고, 부피변화에 기인한 광학적 특성 변화를 통해 육안으로 가스를 검지 하여 디스플레이 및 전원 장치 없이 무전력으로 외부 가스를 검지할 수 있다.In the nano-actuator according to the embodiment of the present invention, the metal film formed asymmetrically with respect to the surface of the polymer substrate on one surface of the nanofiller array undergoes volume change according to reaction with external gas, and changes in optical characteristics due to volume change It is possible to detect the external gas by detecting the gas and powerlessly without the display and the power source device.
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 몰드를 이용한 주조 공정(casting process) 및 비대칭 증착 공정을 사용하여, 공정 단계 간소화를 통해 생산 비용을 저감시킬 수 있다.The nanoactuator according to the embodiment of the present invention can reduce the production cost by simplifying the process steps by using the casting process and the asymmetric deposition process using the mold.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 이미지를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터을 통하여 수소 가스의 노출에 따른 복수개의 나노 필러 어레이의 형태 변화를 전자주사현미경(SEM)으로 도시한 이미지이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 수소 노출에 따라 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 광에 대한 투과도 변화를 도시한 이미지이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 광학적 특성 변화를 도시한 그래프이다.FIGS. 1A to 1D illustrate a method of manufacturing a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
2A illustrates an image of a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are images showing an electron microscope (SEM) of a morphological change of a plurality of nanopillar arrays according to exposure of hydrogen gas through a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are graphs showing changes in transmittance of light according to the embodiment of the present invention according to the hydrogen exposure of the nanoactuator according to the embodiment of the present invention.
5A to 5C are graphs showing changes in optical characteristics of a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)” 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
본 명세서에서 사용되는 “실시예”, “예”, “측면”, “예시” 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현(“a” 또는 “an”)은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 “하나 이상”을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase " a " or " an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description are chosen to be generic and universal in the art to which they are related, but other terms may exist depending on the development and / or change in technology, customs, preferences of the technician, and the like. Accordingly, the terminology used in the following description should not be construed as limiting the technical thought, but should be understood in the exemplary language used to describe the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be a term chosen arbitrarily by the applicant, in which case the detailed description of the meaning will be given in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.On the other hand, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상에” 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
한편, 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. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 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. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 제조 방법을 도시한 것이다.FIGS. 1A to 1D illustrate a method of manufacturing a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)는 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 형성된 폴리머 기판(120) 및 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 폴리머 기판(120) 표면에 대해 비대칭으로 형성된 금속막(130)을 포함하고, 금속막(130)은 외부 가스와 반응하며, 외부 가스와의 반응에 따른 부피 변화를 기반으로 나노 필러 어레이(120a)의 형태가 변화한다.1A to 1D, a
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 제조 방법은 몰드(110)를 준비한다.As shown in FIG. 1A, a method of manufacturing a
몰드(110)는 본 발명에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 복수개의 나노 필러 어레이(120a)에 대응하는 나노 필러 패턴(110a)을 포함한다. The
몰드(110)는 나노 필러 패턴(110a)을 전사하기 위해 용액 공정 기반 레플리카 몰딩(solution-processable replica molding)용 마스터 몰드(master mold)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 사용 가능하다.The
실시예에 따라서는, 몰드(110)는 포토리소그래피(photolithography), 블록 공중합체 자기 조립 기반 리소그래피(self-assembled block copolymer lithography) 및 E-beam 리소그래피(E-beam lithography)와 같은 패터닝 공정을 사용하여 원하는 크기의 패턴을 형성하고 RIE (reactive ion etching) 공정으로 표면 식각을 진행함으로써 형성된 나노 필러 패턴(110a)을 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the
또한, 몰드(110)는 실리콘(silicon), 실리콘 산화물(silicon oxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 글래스(glass) 및 반도체 재료(semiconductor material)로 이루어진 군에서 선택되는 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 실리콘(silicon)이 사용될 수 있다.The
몰드(110)는 폴리머를 쉽게 제거할 수 있도록 표면 처리될 수 있고, 상기 표면 처리를 통하여 몰드(110)의 표면 에너지가 낮게 되어 폴리머가 쉽게 제거될 수 있다.The
실시예에 따라서는, 몰드(110)는 불화(fluoride) 작용기 또는 하이드로카본(hydrocarbon) 작용기를 포함하는 자기 조립 단분자(self-assembly monomolecular)를 이용하여 표면 처리되거나, 테프론(teflon)을 이용하여 표면 처리될 수 있다.Depending on the embodiment, the
도 1b을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 제조 방법은 나노 필러 패턴(110a)을 포함하는 몰드(110) 상에 폴리머를 주입하고, 경화한 다음, 몰드(110)를 제거하여 나노 필러 패턴(110a)에 대응하는 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 형성된 폴리머 기판(120)을 준비한다.Referring to FIG. 1B, a method of manufacturing a
폴리머는 증착(deposition)법, 스핀 코팅(spin coating) 법, 스프레이 코팅(spray coating) 법, 디스펜싱(dispensing) 법, 잉크 패드 코팅(ink pad coating) 법, 딥핑(dipping) 법, 스퍼터(sputter) 법, 스프레드(spread) 법 및 롤러(roller) 법과 같은 다양한 방법을 이용하여 몰드(110)에 주입될 수 있고, 바람직하게는 몰드(110)에 형성된 나노 필러 패턴(110a) 내부에 용매 및 고분자를 포함하는 용액을 매립시킨 다음, 용액에 포함된 용매를 제거하는 스핀 코팅(spin coating)에 의해 주입되거나, 스크래핑(Scraping) 공정을 이용하여 몰드(110)의 나노 필러 패턴(110a) 내부로 밀어 넣어 충진하는 롤러(roller) 법에 의해 주입될 수 있다. The polymer may be formed by a method such as a deposition method, a spin coating method, a spray coating method, a dispensing method, an ink pad coating method, a dipping method, a sputtering method, ) May be injected into the
폴리머는 폴리이미드(Polyimide)계 고분자 물질, 폴리우레탄(Polyurethane)계 고분자 물질, 플로로카본(Fluorocarbon)계 고분자 물질, 아크릴(Acrylic)계 고분자 물질, 폴리아닐린(Polyaniline)계 고분자 물질, 폴리에스테르(polyester)계 고분자 물질, 부타디엔계 고무, 이소프렌계 고무, 클로로프렌계 고무, 니트릴계 고무, 폴리우레탄계 고무, 및 실리콘계 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene), 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 (Perfluoroalkyl acrylate), 퍼플루오로폴리에터 (Perfluoropolyether) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 고강도 특성을 가지는 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 유연성을 가지는 유연 폴리머라면 어떤 물질이라도 사용될 수 있다.The polymer may be at least one selected from the group consisting of a polyimide polymer material, a polyurethane polymer material, a fluorocarbon polymer material, an acrylic polymer material, a polyaniline polymer material, a polyester (polyester) ) Based polymer, a butadiene rubber, an isoprene rubber, a chloroprene rubber, a nitrile rubber, a polyurethane rubber, and a silicone rubber, But are not limited to, polyurethane acrylate, polydimethylsiloxane, ethylene tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl acrylate, perfluoropolyether and polytetrafluoroethylene ( Polytetrafluoroethylene), and more preferably, Polyurethane acrylate may be used, but not limited thereto, any material can be used as long as it is a flexible polymer having flexibility.
또한, 폴리머는 몰드(110)를 제거하기 전에 상압 조건에서, 20초 내지 1분간 자외선을 조사하는 자외선 조사 방법에 의해 경화될 수 있고, 자외선 조사 시간이 1분을 초과하면 폴리머의 모듈러스(modulus)가 증가하여 균일한 패턴 전사가 이루어지지 않으며, 몰드(100)에 폴리머가 박히는 현상이 발생한다.The polymer may be cured by an ultraviolet irradiation method that irradiates ultraviolet rays for 20 seconds to 1 minute at normal pressure condition before removing the
또한, 폴리머는 몰드(110)를 제거하기 전에 1bar 내지 10bar의 가압 조건에서 70℃ 내지 90℃의 온도로 열을 가하는 열 경화 방법에 의해 경화될 수 있고, 열 경화 온도가 전술한 범위를 벗어나면 폴리머의 물성이 변하는 문제점이 발생한다.The polymer may also be cured by a thermal curing process that applies heat at a temperature of 70 ° C to 90 ° C under pressurized conditions of 1 bar to 10 bar prior to removal of the
이후, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 제조 방법은 몰드(110)를 제거하여 복수개의 나노 필러 어레이(120a)를 포함하는 폴리머 기판(120)을 제공한다.Hereinafter, a method of manufacturing a
폴리머 기판(120)은 몰드(100)보다 표면 에너지가 높은 PET(polyethylene terephthalate) 기판을 사용하여 PET 기판 방향으로 폴리머 기판(120)이 전사되는 방법으로 몰드(100)를 제거할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
몰드(100)는 폴리머 기판(120)을 일방향으로 즉, 좌에서 우로 또는 우에서 좌를 향하는 방향으로 떼어내어 제거될 수 있으나, 그에 역도 가능하다.The
나노 필러 패턴(110a)을 포함하는 몰드(110)에 의해 형성된 복수개의 나노 필러 어레이(120a)는 원기둥 형상일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 직육면체(rectangular parallelepiped), 원뿔(circular cone) 및 피라미드(pyramid)와 같은 다양한 형상일 수 있다.The plurality of
복수개의 나노 필러 어레이(120a)는 길이가 1㎛ 내지 4㎛ 범위이나, 이에 제한되지 않는다.The plurality of
복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 길이가 1㎛ 미만이면 전체 구조의 사이즈가 너무 작아 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 휘어져도 광학적 특성 변화를 나타내지 못하고, 길이가 4㎛를 초과하면 전체 구조 크기가 커져서 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 외부 가스에 대하여 휘어지지 않는 문제가 발생한다.If the length of the plurality of
복수개의 나노 필러 어레이(120a)는 직경이 100㎚ 내지 400㎚ 범위이나, 이에 제한되지 않는다.The plurality of
복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 길이 및 직경 값은 하기 [식 1]의 종횡비(Aspect Ratio, AR) 값을 가진다.The length and diameter value of the plurality of
[식 1][Formula 1]
나노 필러 어레이(120a)의 AR 값이 10을 초과하면 폴리머가 몰드(100)의 나노 필러 패턴(110a)에 박혀서 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 형성되지 않는 문제가 발생하고, AR 값이 10 이하이면 외부 가스에 대하여 나노 필러 어레이(120a)가 휘어지지 않는 문제가 발생한다.When the AR value of the
이후, 도 1c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 제조 방법은 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 폴리머 기판(120) 표면에 대해 비대칭으로 금속 재료(130a)를 형성한다.1C, a method of manufacturing a
금속 재료(130a)는 폴리머 기판(120)의 표면에 대해 증착 각도를 조절하여 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 폴리머 기판(120) 표면에 대해 비대칭으로 형성될 수 있고, 증착 각도는 폴리머 기판(120)의 표면에 대해 45°를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
증착 각도가 45° 미만이면 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 모든 면에 금속재료(130a)가 증착되는 문제가 발생되고, 증착 각도가 45°를 초과하면 금속재료(130a)가 증착될 때 복수개의 나노 필러 어레이(120a) 간의 그림자 효과로 인하여 금속재료(130a) 증착이 잘 이루어지지 않는다.When the deposition angle is less than 45 °, there arises a problem that the
금속재료(130a)를 비스듬한 각도로 증착하면 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 한쪽 측면에만 금속재료(130a)가 증착되고 반대편은 복수개의 나노 필러 어레이(120a)에 의한 그림자 효과로 인하여 금속재료(130a)가 증착되지 않는다.When the
또한, 금속막(130)은 폴리머 기판(120) 표면에 대해 금속 재료(130a)의 각도를 조절하여 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 폴리머 기판(120) 표면에 대해 비대칭으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 금속막(130)은 폴리머 기판(120)의 각도를 조절하여 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 폴리머 기판(120) 표면에 대해 비대칭으로 형성될 수 있다.The
금속 재료(130a)는 증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 화학기상증착(CVD: chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition)에 의해 증착될 수 있고, 바람직하게는 증발(Evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착에 의해 증착될 수 있다.The
금속 재료(130a)는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag), 티타늄(Ti), 철(Fe), 아연(Zn), 코발트(Co), 망간(Mn), 금(Au), 텅스텐(W), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 및 그의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 외부 가스와 반응하여 팽창 가능한 물질이라면 모두 사용 가능하다.The
합금으로는 Pd-Ni, Pt-Pd, Pd-Ag, Pd- Ti, Pd-Fe, Pd-Zn, Pd-Co, Pd-Mn, Pd-Au, Pd-W, Pt-Ni, Pt-Ag, Pt-Ag, Pt-Ti, Fe-Pt, Pt-Zn, Pt-Co, Pt-Mn, Pt-Au, Pt-W 중에서 선택될 수 있다. Pd-Co, Pd-Mn, Pd-Au, Pd-W, Pt-Ni, Pt-Ag, Pd-Ti, Pd-Fe, Pd-Zn, , Pt-Ag, Pt-Ti, Fe-Pt, Pt-Zn, Pt-Co, Pt-Mn, Pt-Au and Pt-W.
예컨대, Pd-Ni 또는 Pd-Au 합금의 경우, Pd는 외부 가스와의 반응에서 촉매 역할을 수행하고, Ni나 Au는 Pd의 격자 상수를 감소시킴으로써, Pd-Ni 또는 Pd-Au 합금으로 제조된 나노 엑츄에이터(100)의 내구성을 높이고 외부 가스와 반응하는 시간을 단축시키는 역할을 할 수 있다.For example, in the case of Pd-Ni or Pd-Au alloys, Pd acts as a catalyst in the reaction with the external gas, and Ni or Au reduces the lattice constant of Pd to form Pd-Ni or Pd- Thereby enhancing the durability of the
바람직하게는 금속 재료(130a)는 팔라듐(Pd)이 사용될 수 있다.Preferably, the
도 1d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)의 제조 방법은 전술한 공정에 의해 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 일면에 금속막(130)이 폴리머 기판(110)의 표면에 대해 비대칭으로 형성된 나노 엑츄에이터(100)를 형성한다.1D, a method of manufacturing a
복수개의 나노 필러 어레이(120a)는 금속막(130) 형성 과정 중 발생하는 잔류 응력(residual stress) 및 열 팽창계수(coefficient of thermal expansion) 차이에 의해 금속막(130)이 형성된 방향으로 휘게 된다.The plurality of
즉, 나노 엑츄에이터(100)는 나노 필러 어레이(120a) 수직면을 기준으로 한쪽 방향으로 굽어 있는 형태를 가지는 복수개의 나노 필러 어레이(120a)를 포함한다.That is, the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속막(130)은 외부 가스에 의해 부피가 팽창하는 성질을 지니고 있기 때문에, 외부 가스에 노출 되는 경우 나노 필러 어레이(120a) 수직면을 기준으로 굽어있던 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 기판(120)과 수직한 상태로 돌아가게 하고, 외부 가스에 노출 되지 않았을 경우에는 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 다시 굽은 형태로 돌아오게 한다.Therefore, since the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)는 복수개의 나노 필러 어레이(120a)의 움직임에 따라 투과도 및 반사도와 같은 광학적 성질도 같이 변하기 때문에 사람의 육안으로 외부 가스의 검지가 가능하다.In addition, since the optical characteristics such as the transmittance and the reflectivity change with the movement of the plurality of
또한, 금속막(130)은 두께에 대응하여 부피 변화가 제어되고, 제어된 부피 변화에 의해 광학적 특성을 변화시킬 수 있다.In addition, the
금속막(130)은 10nm 내지 120nm 두께로 형성되나, 이에 제한되지 않는다.The
금속막(130)은 두께가 10㎚ 미만이면 금속막(130)을 증착할 때 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 휘어지는 현상이 발생하지 않고, 120㎚를 초과하면 금속막(130)이 너무 두꺼워져 외부 가스에 의해 부피가 팽창될 때 금속막(130)이 찢어지거나 벗겨지는 현상이 발생한다.When the thickness of the
또한, 복수개의 나노 필러 어레이(120a)는 금속막(130)을 증착하는 과정에서 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 금속막(130)이 증착된 방향으로 휘어지기 때문에 일정 두께 이상으로 금속막(130)을 증착하는 경우 금속막(130)의 두께가 증가해도 복수개의 나노 필러 어레이(120a)가 더 이상 휘어지지 않는다.Since the plurality of
또한, 실시예에 따라서는 금속막(130)은 외부 가스의 농도에 대응하여 부피 변화가 제어 가능하고, 제어된 부피 변화에 의해 광학적 특성을 변화시킬 수 있다.In addition, depending on the embodiment, the
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)는 검지 가능한 외부 가스로 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4) 및 포름알데하이드(HCHO)와 같은 수소(H)를 포함하는 가스를 포함하나, 이에 제한되지 않는다.The
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터(100)는 몰드(110)를 이용한 주조 공정(casting process) 및 비대칭 증착 공정을 사용하여, 공정 단계 간소화를 통해 생산 비용을 저감시킬 수 있다.The
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 이미지를 도시한 것이다.2A illustrates an image of a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 복수개의 나노 필러 어레이의 부피변화에 따라 광학적 특성이 변하게 되어 육안으로 외부 가스의 검지가 가능하다.As described above, according to the nanoactuator according to the embodiment of the present invention, the optical characteristic is changed according to the volume change of the plurality of nanofiller arrays, and external gas can be visually detected.
금속막은 금속막의 두께에 대응하여 부피 변화의 제어가 가능하고, 부피 변화에 의해 광학적 특성은 변할 수 있다. 또한, 금속막은 외부 가스의 농도에 대응하여 부피 변화가 제어되고, 제어된 부피 변화에 의해 광학적 특성을 변할 수도 있다.The metal film can control the volume change corresponding to the thickness of the metal film, and the optical characteristics can be changed by volume change. Further, the metal film may be controlled in volume change corresponding to the concentration of the external gas, and the optical property may be changed by the controlled volume change.
제조예Manufacturing example
400㎚의 직경 및 4㎛의 길이 (AR: 10)를 가지는 복수개의 나노 필러 어레이에 0㎚ 내지 120㎚ 두께의 팔라듐(Pd)을 복수개의 나노 필러 어레이를 포함하는 폴리머 기판 표면에 대해 비대칭으로 증착하여 나노 엑츄에이터를 제조하였다.Palladium (Pd) with a thickness of 0 nm to 120 nm is deposited asymmetrically on the surface of the polymer substrate including a plurality of nanopillar arrays on a plurality of nanopillar arrays having a diameter of 400 nm and a length of 4 탆 (AR: 10) To prepare a nanoactuator.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 복수개의 나노 필러 어레이에 증착된 금속막에 의해 반투명 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2A, it can be seen that the nano-actuator according to the embodiment of the present invention exhibits translucency by a metal film deposited on a plurality of nanofiller arrays.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.FIG. 2B is a scanning electron micrograph (SEM) image of a nanodevice according to an embodiment of the present invention.
구체적으로는 도 2b는 도 2a에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 일부분을 확대한 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 폴리머 기판 표면에 대해 비대칭으로 증착된 금속막에 의해 상기 복수개의 나노 필러 어레이들이 수직면을 기준으로 비대칭적으로 한쪽 방향으로 휘어 있는 것을 확인할 수 있다.More specifically, FIG. 2B is an enlarged view of a part of the nanodructure actuator according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2A. In the nanoprojector according to the embodiment of the present invention, It can be confirmed that the plurality of nanopillar arrays are asymmetrically bent in one direction with respect to the vertical plane by the asymmetrically deposited metal film.
본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터를 통하여 외부 가스와의 반응에 따른 복수개의 나노 필러 어레이의 부피 변화를 이용하여 육안으로 외부 가스를 검지할 수 있다.The external gas can be visually detected by using the volume change of the plurality of nanofiller arrays according to the reaction with the external gas through the nanoflower according to the embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터을 통하여 수소 가스의 노출에 따른 복수개의 나노 필러 어레이의 형태 변화를 전자주사현미경(SEM)으로 도시한 이미지이다.FIGS. 3A and 3B are images showing an electron microscope (SEM) of a morphological change of a plurality of nanopillar arrays according to exposure of hydrogen gas through a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터가 수소에 노출되지 않은 상태의 전자주사현미경(SEM) 이미지이고, 도 3b는 본 발명에 따른 나노 엑츄에이터가 수소에 노출된 상태의 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.More specifically, FIG. 3A is an electron microscope (SEM) image of a nanoactuator according to an embodiment of the present invention in a state in which the nanoprocessor is not exposed to hydrogen, FIG. It is an SEM image.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 복수개의 나노 필러 어레이는 수소 노출 여부에 따라 형태가 변하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B, it can be seen that a plurality of nanofiller arrays of the nanodevice according to an embodiment of the present invention change in shape depending on whether hydrogen is exposed or not.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 수소 노출에 따라 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 광에 대한 투과도 변화를 도시한 이미지이다.4A and 4B are graphs showing changes in transmittance of light according to the embodiment of the present invention according to the hydrogen exposure of the nanoactuator according to the embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터가 수소에 노출되지 않은 상태의 투과도 이미지이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터가 수소에 노출된 상태의 투과도 이미지이다.More specifically, FIG. 4A is a transmission image in a state in which the nanocoupler according to the embodiment of the present invention is not exposed to hydrogen, and FIG. 4B is a transmission image in a state in which the nanocoupler according to an embodiment of the present invention is exposed to hydrogen .
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 수소 노출 여부에 따라 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 광에 대한 투과도가 변화되는 것을 확인할 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터를 통하여 디스플레이 및 전원 장치와 같은 전력 장치 없이 육안으로 수소를 검지할 수 있다.4A and 4B, it can be seen that the transmittance of the nanoactuator according to the embodiment of the present invention is changed according to whether or not hydrogen is exposed according to the nanoactuator according to the embodiment of the present invention. The hydrogen can be detected visually without a power device such as a display and a power supply device through the nanoactuator according to the example.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터의 광학적 특성 변화를 도시한 그래프이다.5A to 5C are graphs showing changes in optical characteristics of a nanoactuator according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예의 나노 엑츄에이터의 초기 투과도를 측정한 다음, 4% 농도의 수소에 노출 시킨 후의 투과도 측정하여, 나노 엑츄에이터의 투과도 변화량(△T/T)을 나타내었다.5A to 5C show the transmittance variation (DELTA T / T) of the nanofluid actuator after measuring the initial transmittance of the nanofluid according to the embodiment of the present invention and measuring the transmittance after exposure to hydrogen of 4% concentration.
도 5a는 본 발명의 실시예의 나노 엑츄에이터를 통하여 팔라듐의 두께에 따른 투과도 변화량을 도시한 그래프이다.FIG. 5A is a graph showing the amount of change in transmittance according to the thickness of palladium through the nanoactuator of the embodiment of the present invention. FIG.
도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 나노 엑츄에이터는 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 폴리머 기판 표면에 대해 비대칭 증착된 팔라듐의 두께가 증가할수록 투과도 변화량이 증가되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that as the thickness of palladium asymmetrically deposited on the surface of the polymer substrate is increased on one surface of a plurality of nanofiller arrays, the amount of change in transmittance is increased.
도 5b는 본 발명의 실시예의 나노 엑츄에이터를 통하여 시간에 따른 투과도 변화량을 도시한 그래프이다.FIG. 5B is a graph showing the amount of change in transmittance over time through the nanoactuator of the embodiment of the present invention.
도 5b는 시간에 따라 수소 농도 및 수소 가스 유무 상태를 변화시켰고, 이에 따른 본 발명의 실시예의 나노 엑츄에이터의 투과도 변화량을 측정하였다.FIG. 5B shows changes in hydrogen concentration and hydrogen gas presence or absence according to time, and the amount of change in transmittance of the nanofluid of the embodiment of the present invention was measured.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 수소 농도가 증가될 수록 투과도 변화량이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 수소의 유무에 따라 투과도 변화량이 변화하는 것을 확인할 수 있다Referring to FIG. 5B, it can be seen that the amount of change in permeability increases as the hydrogen concentration increases in the nanoactuator according to the embodiment of the present invention. Also, it can be confirmed that the amount of change in transmittance varies depending on the presence or absence of hydrogen
도 5c는 본 발명의 실시예의 나노 엑츄에이터을 통하여 수소 농도에 따른 투과도 변화량을 도시한 그래프이다.FIG. 5C is a graph showing the amount of change in transmittance according to the hydrogen concentration through the nanoactuator of the embodiment of the present invention. FIG.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 수소 농도가 증가될 수록 투과도 변화량이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 나노 엑츄에이터는 수소 농도에 따라 복수개의 나노 필러 어레이의 변화 정도가 달라진다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5C, it can be seen that the amount of change in the permeability increases as the hydrogen concentration increases in the nanoactuator according to the embodiment of the present invention. That is, it can be seen that the degree of change of the plurality of nanofiller arrays varies according to the hydrogen concentration in the nanoflower according to the embodiment of the present invention.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
100 : 나노 엑츄에이터
110 : 몰드
110a : 나노 필러 패턴
120 : 폴리머 기판
120a : 나노 필러 어레이
130 : 금속막
130a : 금속 재료100: Nanoactuator
110: mold
110a: nanofiller pattern
120: Polymer substrate
120a: nanofiller array
130: metal film
130a: metal material
Claims (14)
상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 비대칭으로 형성된 금속막
을 포함하고,
상기 비대칭으로 형성된 금속막에 의해 상기 복수개의 나노 필러 어레이는 상기 금속막이 형성된 방향으로 휘어진 구조를 가지며,
상기 금속막은 외부 가스와 반응하고, 상기 반응에 따른 부피 변화를 기반으로 상기 나노 필러 어레이의 형태가 변화하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
A polymer substrate on which a plurality of nanopillar arrays are formed; And
A metal film formed asymmetrically on one surface of the plurality of nanofiller arrays;
/ RTI >
Wherein the plurality of nanopillar arrays are bent in a direction in which the metal film is formed by the asymmetrically formed metal film,
Wherein the metal film reacts with an external gas, and the shape of the nanopillar array is changed based on a volume change due to the reaction.
상기 금속막은 상기 부피 변화에 따라 광학적 특성이 변하고, 상기 변화된 광학적 특성을 통해 상기 외부 가스가 감지되는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the metal film has optical characteristics changed according to the volume change, and the external gas is detected through the changed optical properties.
상기 금속막은 상기 외부 가스의 농도에 대응하여 상기 부피 변화가 제어되고, 상기 제어된 부피 변화에 의해 광학적 특성이 변하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the metal film controls the volume change corresponding to the concentration of the external gas, and the optical characteristic is changed by the controlled volume change.
상기 금속막은 상기 금속막의 두께에 대응하여 상기 부피 변화가 제어되고, 상기 제어된 부피 변화에 의해 광학적 특성이 변하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the volume of the metal film is controlled to correspond to the thickness of the metal film, and the optical characteristic is changed by the controlled volume change.
상기 금속막은 상기 폴리머 기판의 표면에 대해 증착 각도를 조절하여 상기 나노 필러 어레이의 일면에 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the metal film is formed asymmetrically on one surface of the nanofiller array by adjusting a deposition angle with respect to a surface of the polymer substrate.
상기 폴리머 기판은 나노 필러 패턴이 형성된 몰드에 폴리머 주입 및 경화 공정을 진행한 다음, 상기 몰드를 제거하는 주조 공정(casting process)을 이용하여, 상기 나노 필러 패턴에 대응되는 상기 복수개의 나노 필러 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
The polymer substrate is fabricated by performing a polymer injection and curing process on a mold having a nanopillar pattern, and then using the casting process to remove the mold, the plurality of nanopillar arrays corresponding to the nanopillar pattern Wherein the gas-sensitive nano-actuator is formed of a gas-sensitive nano-actuator.
상기 금속막은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag), 티타늄(Ti), 철(Fe), 아연(Zn), 코발트(Co), 망간(Mn), 금(Au), 텅스텐(W), 인듐(In) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
The metal film may be formed of at least one of palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), silver (Ag), titanium (Ti), iron (Fe), zinc (Zn), cobalt (Co), manganese Wherein at least one selected from the group consisting of gold (Au), tungsten (W), indium (In) and aluminum (Al)
상기 복수개의 나노 필러 어레이는 길이가 1㎛ 내지 4㎛ 범위이고, 직경이 100㎚ 내지 400㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nanofiller arrays have a length in the range of 1 탆 to 4 탆 and a diameter in the range of 100 nm to 400 nm.
상기 금속막은 10nm 내지 120nm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the metal film is formed to a thickness of 10 nm to 120 nm.
상기 폴리머는 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene), 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 (Perfluoroalkyl acrylate), 퍼플루오로폴리에터 (Perfluoropolyether) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
The polymer may be selected from the group consisting of polyurethane acrylate, polydimethylsiloxane, ethylene tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl acrylate, perfluoropolyether, Wherein the gas-sensitive nano-actuator comprises at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene.
상기 외부 가스는 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4) 및 포름알데하이드(HCHO)와 같은 수소(H)를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the external gas is a gas containing hydrogen (H) such as hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), methane (CH 4 ) and formaldehyde (HCHO).
상기 몰드를 제거하여 상기 나노 필러 패턴에 대응하는 복수개의 나노 필러 어레이가 형성된 폴리머 기판을 준비하는 단계; 및
상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 금속막을 비대칭으로 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 비대칭으로 형성된 금속막에 의해 상기 복수개의 나노 필러 어레이는 상기 금속막이 형성된 방향으로 휘어진 구조를 가지며,
상기 금속막은 외부 가스와 반응하고, 상기 반응에 따른 부피변화를 기반으로 상기 나노 필러 어레이의 형태가 변화하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터의 제조방법.
Injecting a polymer into a mold in which a nanofiller pattern is formed;
Removing the mold to prepare a polymer substrate having a plurality of nanopillar arrays corresponding to the nanopillar patterns; And
Forming a metal film on one surface of the plurality of nanopillar arrays asymmetrically
Lt; / RTI >
Wherein the plurality of nanopillar arrays are bent in a direction in which the metal film is formed by the asymmetrically formed metal film,
Wherein the metal film reacts with an external gas, and the shape of the nanofiller array is changed based on a volume change due to the reaction.
상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 금속막을 비대칭으로 형성하는 상기 단계는,
상기 폴리머 기판의 표면에 대해 증착 각도를 조절하여 상기 복수개의 나노 필러 어레이의 일면에 상기 금속막을 비대칭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein forming the metal film on one surface of the plurality of nanopillar arrays asymmetrically comprises:
Wherein the metal film is asymmetrically formed on one surface of the plurality of nanofiller arrays by adjusting a deposition angle with respect to a surface of the polymer substrate.
상기 증착 각도는 상기 폴리머 기판의 표면에 대해 45°인 것을 특징으로 하는 가스 감응형 나노 엑츄에이터의 제조 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the deposition angle is 45 DEG with respect to the surface of the polymer substrate. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
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| KR1020160088902A KR101771362B1 (en) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | Gas sensing nano actuator and method for manufacturing of the same |
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| KR1020160088902A KR101771362B1 (en) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | Gas sensing nano actuator and method for manufacturing of the same |
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| KR101771362B1 true KR101771362B1 (en) | 2017-08-24 |
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| KR1020160088902A KR101771362B1 (en) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | Gas sensing nano actuator and method for manufacturing of the same |
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| KR (1) | KR101771362B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022203129A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | (주)에스엔 | Device and method for detecting hydrogen gas leakage area |
| US11816833B2 (en) | 2018-01-18 | 2023-11-14 | Vuno Inc. | Method for reconstructing series of slice images and apparatus using same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100932596B1 (en) | 2008-01-31 | 2009-12-17 | 고려대학교 산학협력단 | Gas sensor manufacturing method |
| KR101195163B1 (en) | 2012-08-21 | 2012-10-29 | 한국화학연구원 | Preparation method of carbon pillar electrode, and the carbon pillar electrode thereby |
-
2016
- 2016-07-13 KR KR1020160088902A patent/KR101771362B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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