KR101921670B1 - 계층적 미세구조물, 이를 제조하기 위한 몰드 및 이 몰드의 제조방법 - Google Patents

계층적 미세구조물, 이를 제조하기 위한 몰드 및 이 몰드의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 계층적 미세구조물은 다중 스케일 구조의 효과를 극대화하기 위해 상기 계층적 미세구조물의 윗면뿐만 아니라 측면에도 나노 패턴이 형성된 미세구조물을 제공하여 보다 높은 표면적을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 계층적 미세구조물을 제조하기 위한 몰드의 제조방법에 있어서, 순차적인 임프린팅법 및 크리프 현상을 이용함으로써, 표면적이 확대된 계층적 미세구조물 형성용 몰드를 보다 효과적이고 용이하게 제조할 수 있다.

Description

계층적 미세구조물, 이를 제조하기 위한 몰드 및 이 몰드의 제조방법{HIERARCHIAL FINE STRUCTURES, A MOLD FOR FORMING SAME, AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE MOLD}
본 발명은 순차적 임프린팅 방법을 이용하여 계층적 미세구조물 및 이를 제조하기 위한 몰드를 제조하는 방법으로서, 보다 넓은 비표면적을 갖는 계층적 미세구조물을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
1980년대 이후 최근까지 대부분의 산업부품이 소형화되어 가고 있으며, 이러한 추세에 따라 마이크로 또는 나노 크기의 구조물(이하, '미세 구조물'이라 한다)을 형성할 필요성이 점점 커지고 있다. 이러한 요구에 부응하여 신뢰성 있는 미세구조물을 경제적이고 용이하게 형성하기 위한 다양한 기술들이 제시되고 있다.
미세 구조물을 형성하기 위한 대표적인 방법으로 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 기술이 알려져 있다. 상기 방법에 의하면, 강도가 큰 몰드를 사용함으로써 수 십 나노 크기의 작은 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다.
특히, 마이크로 및 나노 크기의 반복 패턴의 결합된 다중 스케일 계층 구조는, 마이크로 및 나노 형태를 동시에 가진 구조적 장점 때문에 큰 관심을 받아왔다.
다중 스케일 구조물의 상승 효과는 광학, 습윤 및 접착, 어떠한 화학 처리 없이도 원료에 다기능 특성을 제공할 수 있으며, 미세 유체, 전자 장치, 광학 및 에너지 시스템 등 다양한 응용 분야에서 그 가치를 확인받고 있다.
최근 연구에 의하면 자연에서 찾은 게코(gecko) 도마뱀의 발바닥이나 연꽃잎 표면의 이중 거칠기(double roughness) 구조는 초소수성 표면 및 굴곡진 대상에서도 우수한 접착능력을 가진다는 것을 발견하였다.
그러나, 기존의 패턴 제작방법으로는 고른 대면적 패터닝이 어렵고, 장시간의 공정시간이 소요되는 등의 문제점이 있다. 따라서, 많은 연구자들은 넓은 면적을 커버하는 다중 스케일 구조를 제작하기 위한 다양한 프로세스를 연구해왔다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 나노 및 마이크로 패턴을 복합적으로 포함하며, 비표면적이 매우 높은 계층적 미세구조물을 제공한다.
본 발명의 다른 과제는, 상기 계층적 미세구조물을 제조하기 위한 몰드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 계층적 미세구조물 형성용 몰드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 계층적 미세구조물을 이용해 제조된 막전극접합전해질(MEA)을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
나노 패턴 및 마이크로 패턴이 형성된 1층 이상의 계층적 미세구조물로서, 상기 마이크로 패턴층의 윗면 및 측면에 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 계층적 미세구조물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 계층적 미세구조물에 형성된 나노 패턴 및 마이크로 패턴을 포함하는 미세입체패턴에 상응하는 음각 패턴이 형성되어 있는 계층적 미세구조물 제조용 몰드를 제공한다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
기판상에 고분자 막을 형성하는 단계;
상기 고분자막 상에 나노 패턴이 형성된 제1몰드를 이용하여 제1압력과 제1가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 나노 패턴에 상응하는 나노 패턴을 상기 고분자 막에 형성하는 단계;
상기 나노 패턴이 형성된 고분자막 상에 마이크로 패턴이 형성된 제2몰드를 이용하여 제2압력 및 제2가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 마이크로 패턴에 상응하는 마이크로 패턴 및 상기 나노 패턴이 함께 형성된 고분자 막을 형성하는 단계;
를 포함하는 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법 및 이로부터 제조된 몰드를 제공한다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위해,
상기 계층적 미세 구조물 형성용 몰드 상에 광경화성 프리폴리머 조성물을 도포하는 단계;
상기 도포된 프리폴리머 조성물을 경화하는 단계; 및
상기 경화된 고분자 조형물을 후 상기 고분자 막과 분리시키는 단계;
를 포함하는 계층적 미세구조물의 제조방법 및 이로부터 제조된 계층적 미세구조물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 과제를 해결하기 위해, 상기 계층적 미세구조물로 제조된 막전극 접합 전해질을 제공한다.
본 발명에 따른 계층적 미세구조물은 다중 스케일 구조의 효과를 극대화하기 위해 상기 계층적 미세구조물의 윗면뿐만 아니라 측면에도 나노 패턴이 형성된 미세구조물을 제공하여 보다 높은 표면적을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 계층적 미세구조물을 제조하기 위한 몰드의 제조방법에 있어서, 순차적인 임프린팅법 및 크리프 현상(creep behavior)을 이용함으로써, 표면적이 확대된 계층적 미세구조물 형성용 몰드를 보다 효과적이고 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 순차적 임프린팅을 이용한 계층적 미세구조물 제조공정에 대한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따라 제조된 계층적 미세구조물의 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 계층적 미세구조물을 이용하여 제조된 MEA 단면을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 4는 크리프 현상을 이용한 임프린 공정에서의 가열 온도에 따른 멀티스케일 고분자 막의 표면을 나타낸 SEM 이미지이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 계층적 미세구조물은,
나노 패턴 및 마이크로 패턴이 형성된 1층 이상의 계층적 미세구조물로서, 상기 마이크로 패턴층의 윗면 및 측면에 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 계층적 미세구조물을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 계층적 미세구조물의 측면은 상기 마이크로 패턴층의 윗면에 수직한 축에 대해 1° 내지 45°기울어진 경사면을 이루는 것일 수 있다.
본 발명은, 상기한 계층적 미세구조물을 제조하기 위해, 상기 계층적 미세구조물에 형성된 나노 패턴 및 마이크로 패턴을 포함하는 미세입체패턴에 상응하는 음각 패턴이 형성되어 있는 계층적 미세구조물 제조용 몰드를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 계층적 미세구조물 제조용 몰드의 제조방법을 제공한다.
상기 몰드의 제조방법은,
기판상에 고분자 막을 형성하는 단계;
상기 고분자막 상에 나노 패턴이 형성된 제1몰드를 이용하여 제1압력과 제1가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 나노 패턴에 상응하는 나노 패턴을 상기 고분자 막에 형성하는 단계;
상기 나노 패턴이 형성된 고분자막 상에 마이크로 패턴이 형성된 제2몰드를 이용하여 제2압력 및 제2가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 마이크로 패턴에 상응하는 마이크로 패턴 및 상기 나노 패턴이 함께 형성된 고분자 막을 형성하는 단계;
를 포함하며, 상기 제2압력의 크기가 제1압력의 크기보다 크고, 제2가열온도의 크기는 제1가열온도보다 낮은 것인 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 계층적 미세구조물 형성용 몰드는 나노 패턴 및 마이크로 패턴을 포함하는 멀티스케일 구조가 음각으로 형성된 고분자 막이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 가열온도는 상기 고분자 막의 유리전이 온도 이상의 온도이고, 상기 제2가열 온도는 상기 고분자 막의 유리전이 온도 이하의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 몰드 형성방법에 있어서, 상기 나노 패턴이 형성된 고분자 막에 상기 제2몰드를 이용하여 마이크로 패턴을 형성하는 방법은 크리프 현상(Creep Behavior)을 이용함으로써, 나노 패턴의 훼손 없이 상기 나노 패턴상에 마이크로 패턴을 형성할 수 있으며, 이로부터 측면에 나노 패턴이 형성된 계층적 미세구조물을 형성할 수 있게 된다.
이때, 크리프 현상(Creep Behavior)이란, 물체가 일정한 변형력 아래에서 시간의 흐름에 따라 천천히 변형을 가함으로써 영구 변형이 가능하게 되는 것이다. 예를 들면, 고분자 막에 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 일반적인 임프린팅 방법은 상기 고분자 막의 유리전이온도보다 높은 온도에서 가열하여 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 고분자 막에 패턴을 형성하게 된다. 반면, 크리프 현상을 이용하는 방법의 경우, 상기 고분자 막의 유리전이온도 이하에서 일정한 압력과 함께 몰드를 이용하여 장시간 동안 기계적 응력을 가함으로써, 고분자 막에 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 가열온도는 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도이며, 바람직하게는 Tg-30℃ 내지 Tg+20℃의 온도 범위에서 실시될 수 있다. 제1가열 온도가 상기 범위보다 높은 온도로 가열되면 패턴을 전사한 후 냉각시간이 길어질 수 있으며, 이로부터 패턴의 변형이 생길 수 있어 나노 패턴형성에 의한 효과를 충분히 얻지 못할 수 있다.
상기 제2가열 온도는 Tg 보다 낮은 온도이며, 바람직하게는 Tg-70℃ 내지 Tg-40℃, 보다 바람직하게는 Tg-60℃ 내지 Tg-40℃ 온도의 범위에서 실시될 수 있다. 이때, 상기 온도가 유리전이온도에 가까워 질수록 고분자 막에 형성된 나노패턴이 변형 또는 제거될 수 있다. 또한, 너무 낮은 온도에서 상기 크리프 현상을 이용한 임프린트 공정을 진행할 경우에는 너무 큰 압력을 가하거나 또는 압력을 가하는 시간이 길어질 수 있어, 공정상의 효율이 감소할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2가열온도는 70℃ 내지 100℃ 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1압력은 3MPa 이하의 압력에서 수행되며, 바람직하게는 1MPa 이하 일 수 있고, 최소한 0.1MPa이상의 압력으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 제2압력은 제1압력에 비해 높은 압력으로 보다 장시간 기계적 응력이 가해지며, 예를 들면, 10MPa 이하의 압력에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 5MPa 이하, 보다 바람직하게는 3MPa이하 일 수 있으며, 최소 1MPa 이상의 압력으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1가열온도 및 제1압력으로 가열 가압되는 공정은 10분 이하, 바람직하게는 5분 이하의 시간 동안 수행될 수 있으며, 최소 30초 이상의 공정 시간 동안 가열 가압될 수 있다. 상기, 제2가열온도 및 제2압력으로 가열 가압되는 공정은 상기 제1가열온도에서 수행되는 것보다 높은 압력 및 긴 시간 동안 수행될 수 있으며, 예를 들면, 60분 이하, 바람직하게는 40분 이하의 시간 동안 수행될 수 있으며, 최소 10분 이상의 시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 크리프 현상을 이용한 마이크로 패턴의 형성공정에 있어서, 제2온도 및 제2압력으로 가열 압착된 상기 고분자 막의 마이크로 패턴 부분은 상기 제2몰드에 의한 압력이 제거된 후 고분자 막의 탄성이 일부 회복되어 고분자 막의 형태의 복원이 일어날 수 있으며, 즉, 압력으로 마이크로 패턴 모양으로 인장된 고분자 막이 몰드에 의한 압력을 제거하는 과정에서 본래의 형태로 돌아가려는 탄성이 작용하여 일부 형태가 복원될 수 있다. 이로부터 마이크로 패턴의 측면부가 다소 경사를 이룰 수 있으며, 예를 들면, 상기 마이크로 패턴의 윗면에 수직한 축에 대해 1°내지 45° 정도의 경사를 이룰 수 있으며, 바람직하게는 1°내지 30° 정도의 경사를 이루는 경사면을 가질 수 있다.
또한, 상기 가열 압착 후의 냉각 공정은 상온, 예를 들면 20 내지 25℃의 온도까지 냉각시키는 것일 수 있다.
상기 나노 패턴 및 마이크로 패턴이 형성되는 고분자 막은 가열 및 압착에 의해 변형이 가능한 고분자라면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 예를 들면, 탄화수소계 고분자로서, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴계 수지, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르 등 및 이들 유도체, 폴리스티렌, 방향족 고리를 갖는 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 등 및 이들 유도체, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드 등 및 이들 유도체, 술폰산기가 도입된 폴리스티렌-그래프트-에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리스티렌-그래프트-폴리테트라플루오로에틸렌 등 및 이들 유도체, 측쇄에 술폰산기를 갖는 퍼플루오로 중합체인 나피온(등록 상표)막(듀퐁사 제조), 아시플렉스(등록 상표)막(아사히 가세이사 제조) 및 플레미온(등록 상표)막(아사히 글래스사 제조)을 들 수 있다. 또한, 무기 고분자 화합물로서는 실록산계 또는 실란계의, 특히 알킬실록산계의 유기 규소 고분자 화합물이 바람직하며, 구체예로서 폴리디메틸실록산, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 상기 제1몰드 및 제2몰드는 종래의 포토리소그래피 방법으로 제조된 것일 수 있으며, 구체적으로,
나노 패턴 또는 마이크로 패턴이 형성된 실리콘 마스터 상에 경화성 프리폴리머 조성물을 도포하는 단계;
상기 도포된 경화성 프리폴리머 조성물을 경화시키는 단계; 및
상기 경화된 폴리머를 상기 실리콘 마스터와 분리시키는 단계;
를 포함하는 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
이때, 상기 나노 패턴은 직경이 50nm 내지 900nm 일 수 있으며, 바람직하게는 400 nm 내지 900nm일 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴은 10㎛ 내지 500㎛의 직경을 갖는 것일 수 있으며, 바람직하게는 20㎛ 내지 100㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1몰드 및 제2 몰드는 광경화성 고분자일 수 있으며, 가열조건에서 변형이 일어나지 않거나, 상기 고분자 막보다 높은 유리전이 온도를 갖는 종류의 고분자로 제조되는 것일 수 있으며, 예를 들면, 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate; PUA), 폴리디메틸실록산(Poly-Dimethylsiloxane: PDMS), ETFE(Ethylene Tetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkyl acrylate), PFPE(Perfluoropolyether), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 폴리머 스탬프와 같은 고분자, 또는 산화실리콘(SiO2)와 같은 무기물을 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 일수 있다.
상기 광경화성 고분자는 광개시제를 더 첨가할 수 있으며, 예를 들면, 자외선 경화성 수지 100중량부를 기준으로 광개시제를 10중량부를 더 첨가할 수 있다. 상기 광개시제로는 클로로아세토페논(chloroacetophenone), 디에톡시 아세토페논(diethoxy acetophenone), 1-페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1-온(1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one), 1-히드록시 사이클로헥실 페닐 케톤(1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone; HCPK) 등의 히드록시 아세토페논(hydroxy acetophenone), 알파-아미노 아세트페논(α-amino acetophenone), 벤조인 에테르(benzoin ether), 벤질 디메틸 케탈(benzyl dimethyl ketal), 벤조페논(benzophenone), 티오크산톤(thioxanthone), 2-에틸 안트라퀴논(2-ethyl anthraquinone; 2-ETAQ), 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온(2,2-dimethyoxy-1,2-diphenylethan-1-one) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 수지 조성물은 N-비닐-2-피롤리돈(N-vinyl-2-pyrrolidone), C12-C14 알킬 사슬을 포함하는 지방족 글리시딜 에테르(aliphatic glycidyl ether) 등의 반응성 희석제를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 구성요소들은 경화시간, 빛의 파장 등의 반응 조건, 점도, 경도 등의 물성을 고려하여 선택적으로 혼합하여 사용할 수 있으며, 또한 혼합 비율을 조절하여 상기 인자들을 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1몰드 또는 제2몰드는 상기 고분자 막과의 분리를 보다 용이하게 하기 위해 표면이 전처리 될 수 있으며, 구체적으로 반응성 이온 에칭 공정을 통해 전처리된 것일 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭(RIE, Reactive Ion Etching) 공정은 드라이 에칭 공정으로서, 예를 들면, 마이크로파형 RIE, CCP (Capacitive Coupled Plasma; 용량 결합형 플라즈마) RIE, 헬리콘파 RIE, ICP (Inductive Coupled Plasma; 유도 결합형 플라즈마) RIE, 또는 ECR (Electron Cyclotron Resonance; 전자 사이클로트론 공명) RIE 일 수 있으며, 상기 드라이 에칭 공정에 이용되는 가스로는, 예를 들면, 불소, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 족의 원자들을 포함하는 가스, 또는 이들의 혼합가스 일 수 있으며, 구체적으로, CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, SF6, Cl2, BCl3, HCl, HBr, 및 I2 가 구성 재료에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있으며, 에칭 형상 등을 조절하기 위해 O2, N2, H2, Ar 및 He 와 같은 가스를 첨가할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 경화성 프리폴리머는 광경화성 고분자이며, 상기 프리폴리머의 경화공정은, 상기 프리폴리머를 상기 실리콘 마스터 상에 도포하고, UV 광에 10초 내지 1분, 예를 들면 30초 가량 노출 시키는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 경화성 프리폴리머를 상기 실리콘 마스터 상에 도포한 후 지지체로서 고분자 필름 또는 기판을 상기 경화성 프리폴리머 조성물 상에 배치시켜 경화 후에 상기 고분자 필름 또는 기판을 백본(back bone)으로 하는 패턴막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 고분자 필름 또는 기판은 UV광을 통과시킬 수 있어야 하며, 광경화에 의한 변형이 일어나지 않는 것이어야 하고, 상기 프리폴리머 재료로서 사용되는 고분자와의 접착력이 우수한 것이며 제한되지 않고 사용할 수 있어야 한다. 또한, 상기 지지체 고분자상에는 상기 경화성 고분자가 소정 두께로, 예를 들면 100㎛ 내지 300㎛, 코팅 되어 있을 수 있다. 상기 지지체 고분자는 예를 들면, 실리콘, 유리, 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate, PMMA), 폴리비닐 피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리스타이렌(Polystyrene, PS), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic olefin copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate, PEN)를 포함하는 필름 또는 기판 등을 지지체로서 사용할 수 있다.
본 발명은 상기한 방법으로 제조된 계층적 미세구조물 형성용 몰드를 이용하여 나노패턴 및 마이크로 패턴이 형성된 계층적 미세구조물을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 몰드를 이용하여 본 발명의 계층적 미세구조물을 제조하는 방법은,
계층적 미세 구조물 형성용 몰드 상에 경화성 프리폴리머 조성물을 도포하는 단계;
상기 도포된 프리폴리머 조성물을 경화하는 단계; 및
상기 경화된 고분자 조형물을 후 상기 고분자 막과 분리시키는 단계;
를 포함하는 계층적 미세구조물의 제조방법으로 제조된다.
이때, 상기 몰드상에 도포되는 광경화성 프리폴리머 조성물은, 예를 들면, 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate; PUA), 폴리디메틸실록산(Poly-Dimethylsiloxane: PDMS), ETFE(Ethylene Tetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkyl acrylate), PFPE(Perfluoropolyether), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 폴리머 스탬프와 같은 고분자, 또는 산화실리콘(SiO2)와 같은 무기물을 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 일수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 경화성 프리폴리머를 상기 실리콘 마스터 상에 도포한 후 지지체로서 고분자 필름 또는 기판을 상기 경화성 프리폴리머 조성물 상에 배치시켜 경화 후에 상기 고분자 필름 또는 기판을 백본(back bone)으로 하는 패턴막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 고분자 필름 또는 기판은 UV광을 통과시킬 수 있어야 하며, 광경화에 의한 변형이 일어나지 않는 것이어야 하고, 상기 프리폴리머 재료로서 사용되는 고분자와의 접착력이 우수한 것이며 제한되지 않고 사용할 수 있어야 한다. 또한, 상기 지지체 고분자상에는 상기 경화성 고분자가 소정 두께로, 예를 들면 100㎛ 내지 300㎛, 코팅 되어 있을 수 있다. 상기 지지체 고분자로는 예를 들면, 실리콘, 유리, 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate, PMMA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone, PVP), 폴리스타이렌(Polystyrene, PS), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic olefin copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate, PEN)를 포함하는 필름 또는 기판 등을 지지체로서 사용될 수 있다.
이 후 프리폴리머의 광경화공정 및 분리방법은 상기 제1몰드 및 제2몰드의 것과 동일 하다.
본 발명은 상기와 같은 계층적 미세구조물을 보다 간단한 공정으로 제공할 수 있으며, 측면에도 나노패턴이 형성된 구조물로서 보다 넓은 비표면적을 갖는 멀티스케일 구조를 제공할 수 있어, 자연모사, 광학소자, 전기전자소자, 마이크로유체 소자분야에 유용하게 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 계층적 미세구조물을 몰드로서 사용함으로써, 고분자 막 상에 상기 계층적 미세구조물에 형성된 나노 패턴 및 마이크로 패턴에 상응하는 음각의 패턴이 형성된 멀티스케일 구조의 고분자 막을 제공할 수 있으며, 이러한 멀티스케일 구조의 고분자막은 넓은 비표면적을 필요로 하는 연료전지의 막전극 접합 전해질(MEA)의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시에 불과한 것이다.
제조예 1 <나노 패턴이 형성된 제1몰드의 제조>
800nm직경의 나노 구멍 배열 패턴 실리콘 마스터 상에 상기 UV 경화성 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, polyurethane acrylate) 프리폴리머 용액(PUA MINS 301 RM, Minuta Tech, Korea)을 적하하고, 250㎛ 두께의 우레탄이 코팅 된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 지지층으로 배치시켰다. 상기 프리폴리머를 UV광(Fusion Cure System, Minuta Tech, Korea) 에 30초 가량 노출 시킨 후 경화된 PUA의 중합체를 실리콘 마스터로부터 분리하여, 나노 패턴 형성용 하드 폴리머 몰드인 제1몰드를 제조하였다.
상기 제1몰드를 옥타플루오로시클로부탄(C4F8)가스로 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE) 공정으로 전처리하였다.
제조예 2 <마이크로 패턴이 형성된 제2몰드의 제조>
40㎛ 직경의 마이크로 구멍 배열 패턴 실리콘 마스터 상에 상기 UV 경화성 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, polyurethane acrylate) 프리폴리머 용액(PUA MINS 301 RM, Minuta Tech, Korea)을 적하하고, 250㎛ 두께의 우레탄이 코팅 된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 지지층으로 배치시켰다. 상기 프리폴리머를 UV광(Fusion Cure System, Minuta Tech, Korea) 에 30초 가량 노출 시킨 후 경화된 PUA의 중합체를 실리콘 마스터로부터 분리하여, 마이크로 패턴 형성용 하드 폴리머 몰드인 제2몰드를 제조하였다.
상기 제2몰드를 옥타플루오로시클로부탄(C4F8) 가스로 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE) 공정으로 전처리하였다.
실시예 1<계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조 >
네피온212 막(Dupont, Wilmington, Delaware, United States)을 제조예 1에서 제조된 나노 패턴 형성용 제1몰드 및 유리 기판 사이에 끼워 넣어 조립하였다. 이어서 상기 조립체를 1MPa이하의 유압 및 120 이하의 온도 하에서 5분 동안 가열 가압하였다. 상기 조립체를 실온까지 냉각한 후, 제1몰드를 제거하였다(도 1a). 도 1d은 상기 제조방법으로 제조된 나노 패턴이 형성된 네피온 막을 나타낸 것이다. 나노 패턴화된 네피온 막은 나노 패턴에 의해 무지개 빛으로 착색되어 나타났다.
상기 나노 패턴화된 네피온 막을 다시 마이크로 패턴 형성용 제2몰드와 유리기판 사이에 배치시켰다. 이어서, 크리프 현상을 이용한 임프린팅 공정을 네피온의 유리전이 온도인 80이하에서 3MPa 이하의 유압으로 40분동안 실시하였다. 상기 크리프 공정을 거친 조립체를 실온까지 냉각한 후 멀티스케일 네피온 막을 상기 제2몰드로부터 분리하여 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막을 수득하였다(도 1b). 도 1e는 상기 마이크로 패턴 형성 후 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막을 나타낸다. 상기 멀티 스케일 패턴막은 비교적 불투명한 흰색 영역을 포함하여 나타났다.
상기 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막 상에 UV 경화성 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, polyurethane acrylate) 프리폴리머 용액(PUA MINS 301 RM, Minuta Tech, Korea)을 적하하고, 250㎛ 두께의 우레탄이 코팅 된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 지지층으로 배치시켰다. 상기 프리폴리머를 UV광(Fusion Cure System, Minuta Tech, Korea) 에 30초 가량 노출 시킨 후 경화된 PUA의 중합체를 상기 네피온 막으로부터 분리하여 계층적 미세구조물 수득하였다(도 1c). 도 1f에는 상기 네피온 막에 형성된 멀티 스케일 패턴을 복제한 계층적 미세구조물 필름을 나타내며, 상기 필름은 멀티스케일 패턴막과 유사한 광 착색을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 2는 상기 제조된 계층적 미세구조물의 SEM 이미지이다.
상기 계층적 미세구조물은 연료전지용 막전극 접합 전해질(MEA, membrane-electrode-assembly)을 제조하기 위한 몰드로서 사용될 수 있으며, 예를 들면, 상기 계층적 미세구조물의 패턴을 네피온 막에 복제시켜 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막을 형성할 수 있으며, 상기 네피온 막상에 촉매층을 형성하여 MEA로 사용할 수 있다. 도 3은 상기와 같이 제조된 MEA의 단면을 나타내는 SEM 이미지이다. 이때, 상기 계층적 미세구조물 제조에서 크리프 현상을 이용한 임프린팅 공정시 제2몰드에 의한 압력을 제거하는 순간 상기 네피온 막의 탄성이 회복되면서 변형된 네피온 막의 복원이 일어나게 되며, 이로부터 멀티 스케일 구조의 옆면이 완전히 수직하지 않고 다소 기울어진 형상을 나타내게 된다.
<실험예 : 마이크로 패턴 공정에서의 가열온도에 따른 나노 패턴의 변화>
실시예 2
네피온212 막(Dupont, Wilmington, Delaware, United States)을 제조예 1에서 제조된 나노 패턴 형성용 제1몰드 및 유리 기판 사이에 끼워 넣어 조립하였다. 이어서 상기 조립체를 1MPa이하의 유압 및 120 이하의 온도에서 5분동안 가열 가압였다. 상기 조립체를 실온까지 냉각 한 후, 제1몰드를 제거하였다. 도 4a에 상기 나노 패턴이 형성된 네피온 막의 SEM 이미지를 나타내었다.
상기 나노 패턴화된 네피온 막을 다시 마이크로 패턴 형성용 제2몰드와 유리기판 사이에 배치시켰다. 이어서, 크리프 현상을 이용한 임프린팅 공정을 네피온의 유리전이 온도인 80℃ 이하에서 3MPa 이하의 유압으로 40분 동안 실시하였다. 상기 크리프 공정을 거친 조립체를 실온까지 냉각한 후 멀티스케일 네피온 막을 상기 제2몰드로부터 분리하여 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막을 수득하였다. 도 4b에 상기 공정으로부터 수득된 멀티스케일 구조를 갖는 네피온 막을 나타내었다.
비교예 1
상기 제2몰드를 이용한 마이크로 패턴 형성 공정에서 가열온도를 100℃로 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조되었다. 상기한 방법으로 제조된 네피온 막을 도 4c에 나타내었다.
비교예 2
상기 제2몰드를 이용한 마이크로 패턴 형성 공정에서 가열온도를 120℃로 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조되었다. 상기한 방법으로 제조된 네피온 막을 도 4d에 나타내었다.
상기 도 4b 내지 4d에 의하면, Tg온도 근처에서 나노 패턴이 뭉개지거나 제거되는 현상을 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 계층적 미세구조물을 형성하기 위해서는 Tg온도보다, 예를 들면 네피온의 Tg온도인 140℃ 보다 40℃ 이상 낮은 온도인 100℃ 이하의 온도에서 크리프 현상을 이용한 임프린트 공정이 수행될 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 나노 패턴 및 마이크로 패턴이 형성된 1층 이상의 계층적 미세구조물로서, 상기 마이크로 패턴층의 윗면 및 측면에 상기 나노 패턴이 형성되어 있으며, 상기 나노 패턴과 마이크로 패턴이 동일한 물질로 이루어져 있고 상기 나노패턴과 마이크로 패턴 사이에 경계면이 존재하지 않는 계층적 미세구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계층적 미세구조물의 측면이 상기 마이크로 패턴층의 윗면에 수직한 축에 대해 1° 내지 45° 기울어진 경사면을 이루는 것인 계층적 미세구조물.
  3. 제1항 또는 제2항의 계층적 미세구조물에 형성된 나노 패턴 및 마이크로 패턴을 포함하는 미세입체패턴에 상응하는 음각 패턴이 형성되어 있는 계층적 미세구조물 형성용 몰드.
  4. 기판상에 고분자 막을 형성하는 단계;
    상기 고분자막 상에 나노 패턴이 형성된 제1몰드를 이용하여 제1압력과 제1가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 나노 패턴에 상응하는 나노 패턴을 상기 고분자 막에 형성하는 단계; 및
    상기 나노 패턴이 형성된 고분자막 상에 마이크로 패턴이 형성된 제2몰드를 이용하여 제2압력 및 제2가열온도로 가열 가압한 후 냉각하여 상기 마이크로 패턴에 상응하는 마이크로 패턴 및 상기 나노 패턴이 함께 형성된 고분자 막을 형성하는 단계;
    를 포함하며, 상기 제2압력의 크기가 제1압력의 크기보다 크고, 제2가열온도의 크기는 제1가열온도 보다 낮은 것인 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1압력은 3MPa 이하이고, 제2압력은 5MPa 이하의 압력이되, 제2압력은 제1압력보다 높고, 압력을 가하는 시간이 제1압력을 가하는 시간에 비해 2배 이상 길게 수행되는 것인 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1온도가 Tg-30 내지 Tg+20의 온도이고, 상기 제2온도가 Tg-70 내지 Tg-40의 온도인 계층적 미세 구조물 형성용 몰드의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2온도 및 제2압력에서 제2몰드로 가열 압착된 상기 고분자 막의 마이크로 패턴 부분이 상기 제2몰드의 제거 이후 상기 고분자 막의 탄성이 회복되어 고분자 막의 형태가 일부 복원되는 것인 계층적 미세 구조물 형성용 몰드의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1몰드 및 제2몰드를,
    나노 또는 마이크로 패턴이 형성된 실리콘 마스터 상에 경화성 프리폴리머 조성물을 도포하는 단계;
    상기 도포된 경화성 프리폴리머 조성물을 경화시키는 단계; 및
    상기 경화된 폴리머를 상기 실리콘 마스터와 분리시키는 단계;
    를 포함하는 방법으로 제조하는 것을 더 포함하는 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 고분자 막과의 분리를 촉진하기 위해 상기 제1몰드 및 제2몰드의 표면이 반응성 이온 에칭 공정으로 전처리된 것인 계층적 미세구조물 형성용 몰드의 제조방법.
  10. 제4항 내지 제9항중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 계층적 미세 구조물 형성용 몰드 상에 광경화성 프리폴리머 조성물을 도포하는 단계;
    상기 도포된 프리폴리머 조성물을 경화하는 단계; 및
    상기 경화된 고분자 조형물을 후 상기 고분자 막과 분리시키는 단계;
    를 포함하는 계층적 미세구조물의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광경화성 프리 폴리머 조성물이, 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리머의 프리 폴리머를 포함하는 것인 계층적 미세구조물의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 도포된 프리 폴리머 조성물 상에 지지체로서 고분자 필름 또는 기판을 배치하여 경화됨으로써, 상기 고분자 필름 또는 기판을 백본으로 구비하는 계층적 미세구조물의 제조방법.
  13. 제10항에 따른 제조방법으로 제조되어, 나노 패턴과 마이크로 패턴이 동일한 물질로 이루어져 있고 상기 나노패턴과 마이크로 패턴 사이에 경계면이 존재하지 않는 계층적 미세구조물.
  14. 제13항의 계층적 미세구조물을 패턴을 형성하는 몰드로서 사용하여 제조된 멀티스케일 패턴이 형성된 고분자 막.
  15. 제14항의 상기 멀티스케일 패턴이 형성된 고분자 막을 막전극 접합 전해질(MEA)로서 포함하는 연료전지.
KR1020160043149A 2016-04-08 2016-04-08 계층적 미세구조물, 이를 제조하기 위한 몰드 및 이 몰드의 제조방법 KR101921670B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10981304B2 (en) * 2016-06-05 2021-04-20 Okinawa Institute Of Science And Technology School Corporation Method of nanoscale patterning based on controlled pinhole formation
US11717991B2 (en) * 2018-03-20 2023-08-08 Sharklet Technologies, Inc. Molds for manufacturing textured articles, methods of manufacturing thereof and articles manufactured therefrom
KR101983974B1 (ko) * 2018-04-24 2019-09-03 포항공과대학교 산학협력단 고분자 필름의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 고분자 필름
US11672635B2 (en) * 2020-04-29 2023-06-13 Bvw Holding Ag Microstructure soft tissue graft
CN113477281B (zh) * 2021-06-07 2022-07-26 北京保利微芯科技有限公司 多尺度微流控芯片的制作方法及其多尺度微流控芯片

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009002644A2 (en) 2007-06-21 2008-12-31 3M Innovative Properties Company Methods of making hierarchical articles

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101475173A (zh) * 2009-01-20 2009-07-08 吉林大学 一种制备超疏水抗反射微米和纳米复合结构表面的方法
CN101537682B (zh) * 2009-03-16 2011-06-29 浙江工业大学 一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法
KR100935640B1 (ko) * 2009-04-20 2010-01-07 서울대학교산학협력단 부분경화를 이용한 계층적 미세 구조물 형성방법
CN102502483B (zh) * 2011-10-19 2014-05-07 浙江大学 一种基于分离式双模具加工聚合物微纳复合结构的方法
KR101370426B1 (ko) * 2012-06-21 2014-03-06 주식회사 미뉴타텍 3차원 복잡 다층 구조물 및 그 제조방법
KR101430112B1 (ko) * 2013-05-15 2014-08-14 한국과학기술원 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법 및 계층적 구조물
CN204966528U (zh) * 2015-08-17 2016-01-13 南通同方半导体有限公司 一种微纳米图形化蓝宝石衬底
CN105235294B (zh) * 2015-10-12 2016-10-19 青岛大学 滚动角可控的低密度聚乙烯超疏水片材/容器及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009002644A2 (en) 2007-06-21 2008-12-31 3M Innovative Properties Company Methods of making hierarchical articles

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biomimetics, Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012*
Nature Communications. 2015, Vol. 6, Article No. 8484 (2015.09.28.)*

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