KR102096859B1 - Method for real time sensing of organic solvent - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell)과, 상기 용액이 흘러가도록 상기 상기 플로우 셀 내에 장착되는 광결정과, 상기 광결정 위에 백색광을 입사시키기 위한 백색광 공급원(white light source)과, 상기 백색광 공급원으로부터 공급된 상기 백색광을 포커싱하여 상기 광결정에 입사시키고 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 수집하기 위한 렌즈(Lnes)와, 상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 수집 분석하기 위한 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기용매의 실시간 분석이 가능한 광학 센서 및 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체로서 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 광결정을 이용하여 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.The present invention, a flow cell (Flow cell) provided to allow a solution to flow, a photonic crystal mounted in the flow cell so that the solution flows, and a white light source (white light source) for incident white light on the photonic crystal, A lens for focusing the white light supplied from the white light source, incident on the photonic crystal, and collecting reflected light from the photonic crystal flowing through the organic solvent, and a CCD for collecting and analyzing the reflected light emitted from the lens It relates to an optical sensor capable of real-time analysis of an organic solvent, and a method for analyzing the organic solvent in real time, comprising a spectrometer (CCD Spectrometer). According to the present invention, a change in diffraction wavelength by an organic solvent can be measured in real time by using a photonic crystal capable of causing wavelength shift of electromagnetic waves as a crystal having a periodic porous structure.

Figure 112018035420917-pat00004
Figure 112018035420917-pat00004

Description

유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법{Method for real time sensing of organic solvent}Method for real-time analysis of organic solvents {Method for real time sensing of organic solvent}

본 발명은 유기용매의 실시간 분석이 가능한 광학 센서 및 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체로서 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 광결정을 이용하여 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 광학 센서와 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor capable of real-time analysis of an organic solvent and a method for analyzing the organic solvent in real time, and more specifically, as a crystal having a periodic porous structure, a photonic crystal capable of causing wavelength shift of electromagnetic waves. It relates to an optical sensor that can measure the change in the diffraction wavelength by the organic solvent in real time and a method for analyzing the organic solvent in real time.

일반적으로 물체의 색은 그 물체에 도달하는 가시광선 중에서 반사되는 빛의 파장의 색깔이라고 할 수 있다. 가시광선은 여러 개의 파장으로 구성되어 있다. 물체에 입사된 빛은 보강간섭과 상쇄간섭을 일으키며, 상쇄간섭을 일으키는 파장의 빛은 소멸되고 보강간섭을 일으키는 파장의 빛은 반사된다. In general, the color of an object can be said to be the color of the wavelength of light reflected from visible light reaching the object. Visible light consists of several wavelengths. The light incident on the object causes constructive and destructive interference, and the light of the wavelength causing the canceling interference disappears, and the light of the wavelength causing the constructive interference is reflected.

일정한 파장 영역을 갖는 빛이 물체를 만나게 되면 일부는 굴절하며 지나가고, 일부는 특정 방향으로 굴절 또는 반사되게 되면서 특정한 색이 선택적으로 우리 눈으로 들어오게 된다.When light having a certain wavelength region meets an object, some of them pass by refraction, and some of them refract or reflect in a specific direction, so that a specific color selectively enters our eyes.

물질의 광학적인 성질을 이용할 수 있는 구조를 가지고 있거나 구조를 갖도록 만들어낸 물질을 광결정 이라고 한다. 예를 들어, 특정한 파장의 빛만을 반사시키는 것도 광결정이다. 원자핵의 주기적인 배열에 의해 전자가 존재하지 않는 밴드갭이 있다. 수백 나노에서 수 마이크로미터 크기의 유전체가 규칙적인 주기를 가지고 배열되어 있을 때, 유전체 내부에는 특정파장의 빛(photon)이 존재하지 않는 광밴드갭(photonic bandgap)이 형성된다. A material that has a structure that can utilize the optical properties of a material or is made to have a structure is called a photonic crystal. For example, it is also a photonic crystal that reflects only light of a specific wavelength. There is a band gap in which electrons do not exist due to the periodic arrangement of atomic nuclei. When dielectrics ranging in size from hundreds of nanometers to several micrometers are arranged at regular periods, a photonic bandgap in which no specific wavelength photon exists is formed inside the dielectric.

광결정에서 밴드갭이 나타나는 원리를 간단히 설명하면, 유전체가 규칙적인 간격을 가지고 배열되어 있을 때, 유전체를 통과한 빛은 브래그 회절 법칙( Bragg`s law, 2 d sin θ = n λ )에 의해 그 주기에 해당하는 파장의 빛은 반사를 하게 된다. 똑같은 주기가 계속 반복되므로 통과한 빛 중 특정한 파장의 빛은 유전체를 통과할 때 마다 반사를 하게 되므로 결국 주기에 해당되는 파장은 규칙적으로 배열된 유전체 내부에 존재하지 못하고 모두 반사되게 된다. Briefly explaining the principle of the bandgap appearing in the photonic crystal, when the dielectrics are arranged at regular intervals, the light passing through the dielectrics is determined by Bragg`s law, 2 d sin θ = n λ. The light of the wavelength corresponding to the period reflects. Since the same cycle is repeated repeatedly, light of a specific wavelength among the light that passes through is reflected every time it passes through the dielectric, so the wavelength corresponding to the cycle does not exist inside the regularly arranged dielectric, and all are reflected.

이러한 규칙적인 구조에 의해 광밴드갭이 나타난다는 원리가 보고된 후, 1, 2, 3차원적인 규칙성을 가지는 광결정 제조를 위해 많은 연구가 진행되었다.After the principle that the optical band gap appeared due to such a regular structure was reported, many studies have been conducted to prepare a photonic crystal having 1, 2, and 3 dimensional regularity.

이러한 광결정의 제조는 포토리소그라피, 이온빔 에칭, 홀로그램리소그라피, 잉크젯, 마이크로 로보틱스, 자기조립 등을 이용하여 제조될 수 있다.The production of such photonic crystals can be made using photolithography, ion beam etching, holographic lithography, inkjet, micro robotics, self-assembly, and the like.

Top-down 방법인 포토리소그라피 방법과 이온빔 에칭을 이용하는 방법은 기존의 실리콘 반도체의 회로를 만드는 기술로써 매우 정밀하게 광결정을 제작 할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 공정단가가 비싸고, 대면적의 3차원 광결정을 만들 때 많은 시간을 요구한다는 단점을 가지고 있다.The photo-lithography method, which is a top-down method and the method using ion beam etching, has the advantage of being able to fabricate photonic crystals with high precision as a technique for making circuits of existing silicon semiconductors, but the process cost is high and the large-area three-dimensional photonic crystal It has the drawback that it takes a lot of time to make it.

반면 bottom-up 방법인 자기 조립은 저가로 빠른 시간 내에 대면적의 광결정을 제조할 수 있으나 결함이 없는 균일한 광결정을 제조하기 힘든 단점이 있다.On the other hand, self-assembly, which is a bottom-up method, can manufacture a large-area photonic crystal in a short time at a low cost, but has a disadvantage in that it is difficult to produce a uniform photonic crystal without defects.

대한민국 등록특허공보 제10-1040805호Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1040805

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체로서 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 광결정을 이용하여 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 광학 센서와 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is a crystal having a periodic porous structure, an optical sensor capable of measuring the change in the diffraction wavelength by an organic solvent in real time using a photonic crystal capable of causing wavelength shift of electromagnetic waves and organic It is to provide a method for analyzing the solvent in real time.

본 발명은, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell)과, 상기 용액이 흘러가도록 상기 상기 플로우 셀 내에 장착되는 광결정과, 상기 광결정 위에 백색광을 입사시키기 위한 백색광 공급원(white light source)과, 상기 백색광 공급원으로부터 공급된 상기 백색광을 포커싱하여 상기 광결정에 입사시키고 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 수집하기 위한 렌즈(Lnes)와, 상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 수집 분석하기 위한 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 포함하며, 상기 광결정은, 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서, 나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며, 상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고, 상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며, 상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기용매의 실시간 분석이 가능한 광학 센서를 제공한다. The present invention, a flow cell (Flow cell) provided to allow a solution to flow, a photonic crystal mounted in the flow cell so that the solution flows, and a white light source (white light source) for incident white light on the photonic crystal, A lens for focusing the white light supplied from the white light source, incident on the photonic crystal, and collecting reflected light from the photonic crystal flowing through the organic solvent, and a CCD for collecting and analyzing the reflected light emitted from the lens It includes a spectrometer (CCD Spectrometer), the photonic crystal is a crystal that can cause a wavelength shift (shift) of electromagnetic waves, a plurality of dielectric nanotubes having nano pores are arranged to form an array, and the dielectric nanotubes are mutually It has a plurality of spaced apart nodes, and the nodes are said genetic Has a shape that is vertically protruded with respect to the length of the nanotubes, the nanotubes dielectric provides an optical sensor capable of real-time analysis of the organic solvent, characterized in that consisting of TiO 2, Al 2 O 3 or SiO 2.

상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50 to 300 nm.

상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average diameter of the nanopores is 5 to 900 nm.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

또한, 본 발명은, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell) 내에 광결정을 장착하는 단계와, 백색광 공급원(white light source)을 렌즈(Lnes)를 통해 상기 광결정 위에 입사시키는 단계와, 상기 플로우 셀 내에 장착된 광결정에 유기욤매가 흐르도록 하는 단계와, 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 상기 렌즈를 통해 수집하는 단계와, 상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 이용하여 수집하는 단계 및 상기 광결정 내를 흐르는 상기 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정하여 분석하는 단계를 포함하며, 상기 광결정은, 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서, 나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며, 상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고, 상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며, 상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법을 제공한다. In addition, the present invention, the step of mounting a photonic crystal in a flow cell (Flow cell) provided to allow the solution to flow, and the step of injecting a white light source (white light source) through the lens (Lnes) on the photonic crystal, the flow Causing an organic solvent to flow in the photonic crystal mounted in the cell, collecting reflected light from the photonic crystal through which the organic solvent flows through the lens, and collecting the reflected light from the lens through a CCD spectrometer ) And collecting and analyzing in real time a change in the diffraction wavelength caused by the organic solvent flowing in the photonic crystal, wherein the photonic crystal is a crystal capable of causing wavelength shift of electromagnetic waves. As, a plurality of dielectric nanotubes having nano-pores are arranged to form an array, the dielectric The nanotubes have a plurality of nodes spaced apart from each other, and the nodes have a shape protruding perpendicular to the length of the dielectric nanotubes, and the dielectric nanotubes are made of TiO 2 , Al 2 O 3 or SiO 2 It provides a method for analyzing the organic solvent, characterized in that in real time.

상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50 to 300 nm.

상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average diameter of the nanopores is 5 to 900 nm.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

본 발명에 의하면, 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체로서 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 광결정을 이용하여 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 광결정은 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이를 포함하며, 상기 유전체 나노튜브의 어레이는 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체이며, 이러한 구조를 통해 전자기파의 파장 시프트(shift)가 유발될 수 있다. According to the present invention, a change in diffraction wavelength by an organic solvent can be measured in real time by using a photonic crystal capable of causing wavelength shift of electromagnetic waves as a crystal having a periodic porous structure. The photonic crystal includes an array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes, and the array of dielectric nanotubes is a crystal having a periodic porous structure, through which a wavelength shift of electromagnetic waves may be induced.

도 1은 광결정을 형성하기 위해 아노다이징을 수행하고 전압 펄스를 인가하기 위한 장비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 광결정(photonic crystal) 제조를 위해 인가되는 전압 펄스의 패턴을 일 예로 도시한 도면이다.
도 3은 광결정(복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이)의 주기적 격자(periodical lattice)에서 가시광선(visible light)의 회절(diffraction)되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 광결정을 이용하여 유기용매를 실시간으로 분석할 수 있는 센서의 구성을 보여주는 모식도이다.
도 5는 실험예 1에서 적용된 전압 펄스 패턴을 보여주는 도면이다.
도 6은 실험예 1에 따라 제조된 TiO2 나노튜브 어레이의 측면과 평면을 보여주는 전계방사 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; FE-SEM) 사진이다.
도 7은 실험예 1에 따라 제조된 광결정(복수 개의 마디를 갖는 TiO2 나노튜브의 어레이)에 대하여 회절 스펙트럼(reflection spectrum)을 보여주는 그래프로서, TiO2 나노튜브 내에 유기용매인 에탄올(EtOH)이 들어간 상태에서 측정한 것이다.
도 8은 실험예 1에 따라 제조된 광결정(복수 개의 마디를 갖는 TiO2 나노튜브의 어레이)에 대하여 에탄올의 농도 변화에 따른 실시간 파장 변화를 관찰하여 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing equipment for performing anodizing and applying a voltage pulse to form a photonic crystal.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a pattern of voltage pulses applied for the production of a photonic crystal.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a diffraction of visible light in a periodic lattice of a photonic crystal (an array of dielectric nanotubes having multiple nodes).
4 is a schematic diagram showing the configuration of a sensor capable of analyzing an organic solvent in real time using a photonic crystal.
5 is a view showing a voltage pulse pattern applied in Experimental Example 1.
6 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph showing a side and a plane of a TiO 2 nanotube array prepared according to Experimental Example 1.
FIG. 7 is a graph showing a reflection spectrum for a photonic crystal (array of TiO 2 nanotubes having multiple nodes) prepared according to Experimental Example 1, in which ethanol (EtOH), an organic solvent in TiO 2 nanotubes, is It was measured in the entered state.
8 is a view showing the observation of a real-time wavelength change according to the concentration change of ethanol for a photonic crystal (array of TiO 2 nanotubes having multiple nodes) prepared according to Experimental Example 1.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those of ordinary skill in the art to fully understand the present invention and may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It does not work. The same reference numerals in the drawings refer to the same elements.

이하에서, 나노라 함은 나노미터 단위의 크기로서 1∼1000㎚ 범위의 크기를 의미하는 것으로 사용하며, 나노튜브는 튜브형 구조를 가지면서 내부 직경의 크기가 나노인 것을 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, the term “nano” refers to a size in the range of 1 to 1000 nm as a size in nanometers, and the nanotube has a tubular structure and is used to mean that the size of the inner diameter is nano.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기용매의 실시간 분석이 가능한 광학 센서는, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell)과, 상기 용액이 흘러가도록 상기 상기 플로우 셀 내에 장착되는 광결정과, 상기 광결정 위에 백색광을 입사시키기 위한 백색광 공급원(white light source)과, 상기 백색광 공급원으로부터 공급된 상기 백색광을 포커싱하여 상기 광결정에 입사시키고 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 수집하기 위한 렌즈(Lnes)와, 상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 수집 분석하기 위한 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 포함하며, 상기 광결정은, 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서, 나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며, 상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고, 상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며, 상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진다. An optical sensor capable of real-time analysis of an organic solvent according to a preferred embodiment of the present invention includes a flow cell provided to allow a solution to flow, a photo crystal mounted in the flow cell to flow the solution, and the photo crystal A white light source for injecting white light onto the lens, and a lens for focusing the white light supplied from the white light source to enter the photonic crystal and collect reflected light from the photonic crystal through which the organic solvent flows (Lnes ), And a CCD spectrometer for collecting and analyzing the reflected light from the lens. The photonic crystal is a crystal that can cause a wavelength shift of electromagnetic waves, and dielectric nanotubes having nano pores. A plurality of are arranged to form an array, the dielectric nanotube Has a plurality of bars that are spaced apart from each other, the joint has a shape projecting perpendicularly with respect to the length of the dielectric nano-tube, the dielectric nano-tube is made of TiO 2, Al 2 O 3 or SiO 2.

상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50 to 300 nm.

상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average diameter of the nanopores is 5 to 900 nm.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법은, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell) 내에 광결정을 장착하는 단계와, 백색광 공급원(white light source)을 렌즈(Lnes)를 통해 상기 광결정 위에 입사시키는 단계와, 상기 플로우 셀 내에 장착된 광결정에 유기욤매가 흐르도록 하는 단계와, 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 상기 렌즈를 통해 수집하는 단계와, 상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 이용하여 수집하는 단계 및 상기 광결정 내를 흐르는 상기 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정하여 분석하는 단계를 포함하며, 상기 광결정은, 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서, 나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며, 상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고, 상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며, 상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진다. The method for analyzing an organic solvent in real time according to a preferred embodiment of the present invention includes mounting a photonic crystal in a flow cell provided to allow a solution to flow, and a white light source to a lens (Lnes ) Through the photonic crystal, allowing an organic solvent to flow through the photonic crystal mounted in the flow cell, and collecting reflected light from the photonic crystal through which the organic solvent flows through the lens, Collecting the reflected light from the lens using a CCD spectrometer (CCD Spectrometer) and analyzing and analyzing in real time the change in the diffraction wavelength caused by the organic solvent flowing in the photonic crystal, wherein the photonic crystal is , As a crystal that can cause a wavelength shift of electromagnetic waves, the nano-pores A plurality of all nanotubes are arranged to form an array, and the dielectric nanotubes have a plurality of nodes spaced apart from each other, and the nodes have a shape protruding perpendicular to the length of the dielectric nanotubes, and the dielectric nanotubes The tube is made of TiO 2 , Al 2 O 3 or SiO 2 .

상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50 to 300 nm.

상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average diameter of the nanopores is 5 to 900 nm.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

이하에서, 광결정(photonic crystal) 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the photonic crystal (photonic crystal) and its manufacturing method will be described in more detail.

광결정(photonic crystal)은, 전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서, 나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며, 상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고, 상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며, 상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진다.Photonic crystal (photonic crystal), a crystal that can cause a wavelength shift (shift) of electromagnetic waves, a plurality of dielectric nanotubes having nano pores are arranged to form an array, and the dielectric nanotubes have a plurality of nodes spaced apart from each other Has, the node has a form protruding perpendicular to the length of the dielectric nanotubes, the dielectric nanotubes are made of TiO 2 , Al 2 O 3 or SiO 2 .

상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50 to 300 nm.

상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the average diameter of the nanopores is 5 to 900 nm.

도 1은 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이를 형성하기 위해 아노다이징을 수행하고 전압 펄스를 인가하기 위한 장비를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically showing equipment for performing anodizing and applying a voltage pulse to form an array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes.

도 1을 참조하면, 아노다이징을 수행하고 전압 펄스를 인가하기 위한 장비는 전해조(electrochemical bath)(10), 전해액(20), 양극(30), 음극(40), 전원공급수단(power supply)(50) 및 컴퓨터(60)를 포함한다. 상기 장비는 냉각수단(cooling circulator)(70), 항온조(thermostatic bath)(80), 멀티미터(multimeter)(90), 자석교반기(magnetic stirrer)(95) 등을 더 포함할 수도 있다.1, the equipment for performing anodizing and applying a voltage pulse includes an electrochemical bath 10, an electrolyte 20, an anode 30, a cathode 40, and a power supply ( 50) and a computer (60). The equipment may further include a cooling circulator (70), a thermostatic bath (80), a multimeter (90), a magnetic stirrer (95), and the like.

상기 아노다이징(anodizing) 공정은 전해액 안에서 Ti, Al, Si 또는 이들의 합금에 전기적 힘을 가하여 산화막을 형성시키는 공정이며, 비교적 제조 공정이 쉽고, 제조 단가가 저렴하다. 불소(F) 이온과 같은 이온을 전해액에 첨가하여 산화와 동시에 전기적으로 해리를 일으켜 다공성의 산화막을 형성시킬 수 있다. 아노다이징 공정에 의한 유전체 나노튜브의 어레이 형성은 산화반응과 해리반응의 반복으로 인해 형성되며, 이런 유전체 나노튜브 어레이는 표면에 수직의 방향으로 형성된다.The anodizing process is a process of forming an oxide film by applying electrical force to Ti, Al, Si or their alloys in an electrolyte solution, a relatively easy manufacturing process, and a low manufacturing cost. Ions, such as fluorine (F) ions, are added to the electrolyte to cause electrical dissociation simultaneously with oxidation to form a porous oxide film. An array of dielectric nanotubes by an anodizing process is formed due to repeated oxidation and dissociation reactions, and the dielectric nanotube array is formed in a direction perpendicular to the surface.

불소(F)를 포함하는 전해액(20)을 사용하여 Ti, Al, Si 또는 이들의 합금을 아노다이징(anodizing)하면서 전압 펄스를 인가하여 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이를 형성한다. A voltage pulse is applied while anodizing Ti, Al, Si, or an alloy thereof using the electrolyte 20 containing fluorine (F) to form an array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes.

상기 아노다이징은 Ti, Al, Si 또는 이들의 합금이 배치된 양극(30)과 음극(40)을 서로 이격 배치하고, 전해액(20)이 담긴 전해조(10) 내에서 상기 전해액(20)에 양극(30)과 음극(40)이 담겨지도록 하고, 양극(30)과 음극(40)에 전압 펄스를 인가하면서 수행한다. 양극(30)과 음극(40)은 소정 거리를 두고 서로 이격 배치되고, 양극(30)은 얻고자 하는 유전체 나노튜브의 어레이에 함유된 금속 성분과 동일한 성분인 Ti, Al, Si 또는 이들의 합금을 사용한다. 이러한 합금의 예로서, Ti-6Al-4V 합금과 같이 티타늄(Ti) 또는 알루미늄(Al) 성분을 포함하는 합금을 그 예로 들 수 있다. In the anodizing, an anode 30 and a cathode 40 in which Ti, Al, Si, or alloys thereof are disposed are spaced apart from each other, and the anode 20 in the electrolytic solution 20 in the electrolytic cell 10 containing the electrolyte 20 is ( 30) and the negative electrode 40 are contained, and the voltage is applied to the positive electrode 30 and the negative electrode 40. The positive electrode 30 and the negative electrode 40 are spaced apart from each other at a predetermined distance, and the positive electrode 30 is Ti, Al, Si or an alloy thereof, which is the same component as the metal component contained in the array of dielectric nanotubes to be obtained. Use As an example of such an alloy, an alloy containing a titanium (Ti) or aluminum (Al) component, such as a Ti-6Al-4V alloy, is exemplified.

아노다이징을 하기 위해 중요한 인자로는 전해액(20), 인가전압, 아노다이징 시간, 온도 등을 들을 수 있다. Important factors for anodizing include electrolyte 20, applied voltage, anodizing time, temperature, and the like.

상기 아노다이징을 위한 전해액(20)은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 구연산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol), 글리세롤(Glycerol), 디메틸설프옥사이드(Dimethyl Sulfoxide; DMSO) 중에서 선택된 1종 이상의 용액에 NH4F가 혼합된 용액일 수 있다.The electrolytic solution 20 for the anodizing is sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), citric acid, oxalic acid, ethylene glycol (Ethylene Glycol), glycerol (Glycerol), dimethyl It may be a solution in which NH 4 F is mixed with one or more solutions selected from sulfoxide (DMSO).

유전체 나노튜브의 어레이를 형성하기 위하여 Ti, Al, Si 또는 이들의 합금을 준비하고, 이를 양극(30)에 장착한다. 음극(40)으로는 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 금(Au)과 같은 내산성 금속 전극을 사용한다. 양극(30)은 음극(40)과 일정한 간격을 유지하여 전해액(20) 속에 잠길 수 있도록 설치한다. 양극(30)과 음극(40)은 전압 또는 전류를 인가하기 위한 전원공급수단(50)에 연결되어 있다. 양극(30)과 음극(40)의 전압차는 형성되는 유전체 나노튜브의 직경 크기, 유전체 나노튜브의 길이, 마디 사이의 간격 등을 고려하여 적절하게 조절한다. 상기 아노다이징에 의해 유전체 나노튜브의 어레이를 형성하기 위하여 인가하는 전압은 양극(30)과 음극(40)의 전압차가 100V 보다 작거나 같도록 인가하는 것이 바람직하다. 상기 아노다이징에 의해 형성된 유전체 나노튜브의 어레이는 튜브형 구조를 가지며, 내부 직경(나노 기공의 직경)의 크기가 5∼900nm를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.In order to form an array of dielectric nanotubes, Ti, Al, Si or alloys thereof are prepared and mounted on the anode 30. As the cathode 40, an acid-resistant metal electrode such as platinum (Pt), tantalum (Ta), silver (Ag), or gold (Au) is used. The anode 30 is installed so as to be immersed in the electrolyte 20 by maintaining a constant distance from the cathode 40. The positive electrode 30 and the negative electrode 40 are connected to a power supply means 50 for applying voltage or current. The voltage difference between the anode 30 and the cathode 40 is appropriately adjusted in consideration of the diameter size of the formed dielectric nanotube, the length of the dielectric nanotube, and the spacing between nodes. The voltage applied to form the array of dielectric nanotubes by the anodizing is preferably applied such that the voltage difference between the anode 30 and the cathode 40 is less than or equal to 100V. The array of dielectric nanotubes formed by the anodizing has a tubular structure, and is preferably formed to have an inner diameter (diameter of nanopore) having a size of 5 to 900 nm.

전해조(10)에는 아노다이징 공정 중 발열 반응에 의한 급격한 온도 상승을 방지하고, 전기분해 또는 화학 반응의 균일성을 높이기 위해 냉각수단(cooling circulator)(70)이 구비될 수 있고, 냉각수단(70)가 의해 냉각수가 순환되면서 전해액의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. The electrolytic cell 10 may be provided with a cooling circulator 70 to prevent a rapid temperature rise due to an exothermic reaction during the anodizing process and to increase the uniformity of the electrolysis or chemical reaction, and the cooling means 70 It is preferable to prevent the temperature of the electrolytic solution from rapidly increasing as the cooling water circulates.

또한, 전해조(10) 내의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 항온조(80)가 구비되어 있을 수도 있다. 항온조(80) 내부에 전해조(10)가 위치되어 전해액(20)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 전해액(20)의 온도는 0∼50℃ 정도 범위로 설정하는 것이 바람직하다. In addition, a constant temperature bath 80 may be provided to maintain a constant temperature in the electrolytic bath 10. The electrolytic bath 10 is located inside the thermostat 80, so that the temperature of the electrolytic solution 20 can be kept constant. It is preferable to set the temperature of the electrolytic solution 20 in a range of about 0 to 50 ° C.

또한, 전해액(20)을 교반하여 아노다이징 공정이 용이하게 일어나도록 하기 위하여 자석교반기(Magnetic Stirrer)(95)가 구비되어 있을 수 있다. In addition, a magnetic stirrer 95 may be provided to stir the electrolytic solution 20 so that the anodizing process can easily occur.

이하에서, 아노다이징 공정에 의해 유전체 나노튜브의 일 예인 TiO2 나노튜브가 형성되는 과정을 설명한다. Hereinafter, a process in which TiO 2 nanotubes, which are examples of dielectric nanotubes, are formed by an anodizing process will be described.

전해액(20)은 전하를 띤 전자나 이온의 이동을 원활히 해주어 티타늄(Ti) 또는 티타늄합금 표면에 티타늄산화막(TiO2)을 형성하게 한다. 티타늄 금속 이온(Ti4+)은 전해액(20)과 산화막 계면에서 전해액(20)에 용해되며, 전해액(20)은 산화막과 금속 계면에서 산화막을 형성시킬 수 있도록 O2-, OH- 이온과 결합한다. The electrolyte 20 smoothly moves charged electrons or ions to form a titanium oxide film (TiO 2 ) on the surface of titanium (Ti) or titanium alloy. Titanium metal ions (Ti 4+ ) are dissolved in the electrolyte 20 at the interface between the electrolyte 20 and the oxide film, and the electrolyte 20 is combined with O 2 , OH - ions to form an oxide film at the interface between the oxide film and the metal. do.

아노다이징 공정을 살펴보면, 전해액(20) 속의 물분자(H2O)는 전기분해에 의하여 아래의 반응식 1과 같이 수소 이온(H+)과 하이드록실기 이온(OH-)으로 전해된다. Looking at the anodizing process, the electrolytic solution 20 in the water molecule (H 2 O), by the electrolysis of hydrogen ions as in reaction scheme 1 below (H +) and hydroxyl ion (OH -) are delivered in.

[반응식 1][Scheme 1]

H2O→H+OH H 2 O → H + + OH -

수소 이온(H)은 음극(40)쪽으로 이동하고, 전해액(20)과 음극(40) 표면 사이에서 전자와 결합하여 수소 가스(H2)로 방출된다. Hydrogen ions (H + ) move toward the cathode 40 and are released into hydrogen gas (H 2 ) by bonding with electrons between the electrolyte solution 20 and the surface of the cathode 40.

하이드록실기 이온(OH-)은 양극(30)쪽으로 이동하고, 양극(30) 표면에 형성된 자연산화막에서 산소 이온(O2-)과 수소 이온(H)으로 분리되어진다. 이때 분리되어진 산소 이온(O2-)은 자연산화막을 침투하여 자연산화막과 티타늄(또는 티타늄합금) 사이에서 티타늄 이온(Ti4 )과 반응하여 아래의 반응식 2와 같이 티타늄산화막(TiO2)을 형성하게 된다.Hydroxyl ion (OH -) can be separated from the natural oxide film moved, and formed on the anode 30 toward the cathode surface 30 into oxygen ions (O 2-) and hydrogen ions (H +). At this time, oxygen ions (O 2-) are to penetrate the native oxide film and a natural oxide film of titanium (or titanium alloys), titanium ions between (Ti + 4) reacts with the titanium oxide film as shown in scheme 2 below (TiO 2) been separated To form.

[반응식 2][Scheme 2]

Ti4++2O2-→TiO2 Ti 4+ + 2O 2- → TiO 2

또한, 수소 이온(H)은 티타늄산화막(TiO2)과 반응하여 티타늄(Ti)과 산소의 결합을 부분적으로 끊고 수산화물을 형성하게 되며, 이것은 전해액(20)에 용해된다. 즉, 티타늄산화막(TiO2)과 전해액(20) 사이의 표면에서 산화물 에칭(etching)이 발생한다. 이렇게 자연산화막과 티타늄(또는 티타늄합금) 사이의 계면에서는 티타늄산화막(TiO2)이 형성되게 된다. In addition, hydrogen ions (H + ) react with the titanium oxide film (TiO 2 ) to partially break the bond between titanium (Ti) and oxygen to form hydroxides, which are dissolved in the electrolytic solution 20. That is, oxide etching occurs on the surface between the titanium oxide film (TiO 2 ) and the electrolyte solution 20. Thus, a titanium oxide film (TiO 2 ) is formed at the interface between the natural oxide film and titanium (or titanium alloy).

이를 종합하여 반응식으로 나타내면, 다음의 반응식 3과 같다. When synthesized and expressed as a reaction scheme, it is as shown in the following reaction scheme 3.

[반응식 3][Scheme 3]

Ti + 2H2O → TiO2 + 4H+ + 4e- Ti + 2H 2 O → TiO 2 + 4H + + 4e -

전해질 용액속의 물분자는 반응식 3과 같이 양극(30)에서 티타늄과 만나 티타늄산화막(TiO2)을 형성한다.Water molecules in the electrolyte solution meet with titanium at the anode 30 as shown in Reaction Scheme 3 to form a titanium oxide film (TiO 2 ).

이렇게 형성된 티타늄산화막(TiO2)은 전해질 용액에 포함되어 있는 소량의 불소이온 (fluorine ion, F-)에 의해 반응식 4와 같이 해리된다. The thus formed titanium oxide film (TiO 2 ) is dissociated as shown in Scheme 4 by a small amount of fluorine ion (F ) contained in the electrolyte solution.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

TiO2 + 6F- + 4H+ → [TiF6]2- + 2H2O TiO 2 + 6F - + 4H + → [TiF 6] 2- + 2H 2 O

이러한 해리 작용은 전체 티타늄산화막(TiO2)에 걸쳐 발생하며 나노튜브의 어레이를 형성하게 된다. 또한, 아노다이징 시간이 증가될수록 반응식 3의 산화 반응과 반응식 4의 해리 반응이 동시에 발생하게 되고, 이로부터 TiO2 나노튜브의 어레이를 얻을 수 있다. This dissociation action occurs over the entire titanium oxide film (TiO 2 ) and forms an array of nanotubes. In addition, as the anodizing time increases, an oxidation reaction of Scheme 3 and a dissociation reaction of Scheme 4 occur simultaneously, from which an array of TiO 2 nanotubes can be obtained.

양극(30)과 음극(40) 사이에 인가되는 전압 펄스는 전원공급수단(power supply)(50)에 의해 인가되며, 전원공급수단(50)은 컴퓨터(60)에 연결되어 있다. 컴퓨터(60)는 전원공급수단(50)을 통해 인가되는 전압 펄스의 패턴(형태), 전압 펄스의 제2 전압(고전압)과 제1 전압(저전압), 전압 인가 속도(voltage applying speed), 승압 속도, 감압 속도, 전압 펄스 인가 횟수, 하나의 전압 펄스가 인가되는 시간 등을 제어하는 역할을 한다. The voltage pulse applied between the anode 30 and the cathode 40 is applied by a power supply 50, and the power supply means 50 is connected to the computer 60. The computer 60 includes a pattern (shape) of a voltage pulse applied through the power supply means 50, a second voltage (high voltage) and a first voltage (low voltage), a voltage applying speed, and a step-up voltage. It plays a role in controlling the speed, the decompression speed, the number of voltage pulses applied, and the time when one voltage pulse is applied.

상기 전압 펄스는 제1 전압(저전압)으로부터 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압(고전압)으로 승압된 후에 상기 제2 전압에서 상기 제1 전압으로 감압되는 형태의 펄스이다. The voltage pulse is a pulse that is decompressed from the second voltage to the first voltage after being boosted from a first voltage (low voltage) to a second voltage (high voltage) higher than the first voltage.

상기 전압 펄스는 사각파, 사다리꼴파(trapezoidal wave), 삼각파 또는 이들이 혼합된 형태의 펄스일 수 있고, 바람직하게는 사다리꼴파 형태의 전압 펄스이다. The voltage pulse may be a square wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, or a pulse having a mixture thereof, and is preferably a voltage pulse in the form of a trapezoidal wave.

상기 제1 전압(저전압)과 제2 전압(고전압) 사이의 전압차는 10∼90V를 이루는 것이 바람직하다. 전압 펄스가 인가되는 경우에 양극(30)과 음극(40) 사이에는 항상 저전압(제1 전압) 이상의 전압이 인가된 상태가 되게 된다. The voltage difference between the first voltage (low voltage) and the second voltage (high voltage) is preferably 10 to 90V. When a voltage pulse is applied, a voltage higher than or equal to a low voltage (first voltage) is always applied between the anode 30 and the cathode 40.

도 2는 광결정(photonic crystal) 제조를 위해 인가되는 전압 펄스의 패턴을 일 예로 도시한 도면으로서, 사다리꼴 형태의 전압 펄스의 예를 도시한 것이다. 2 is a diagram illustrating an example of a pattern of voltage pulses applied for the production of a photonic crystal, and shows an example of a trapezoidal voltage pulse.

도 2에서 StepⅠ은 'first voltage ramping'을 나타내고, StepⅡ는 'voltage ramping'을 나타내며, StepⅢ는 'high voltage holding'을 나타내고, StepⅣ는 'voltage dropping'을 나타내며, StepⅤ는 'low voltage holding'을 나타낸다. 도 2에서 StepⅡ부터 StepⅤ까지가 펄스 사이클(pulse cycle)을 이룬다. 아노다이징 공정 동안에 펄스 사이클이 복수 회를 이루게 전압 펄스가 인가된다. In FIG. 2, Step I represents 'first voltage ramping', Step II represents 'voltage ramping', Step III represents 'high voltage holding', Step IV represents 'voltage dropping', and Step V represents 'low voltage holding'. . 2, Step II to Step V form a pulse cycle. During the anodizing process, a voltage pulse is applied so that the pulse cycle is formed multiple times.

사다리꼴파 형태의 전압 펄스는 StepⅢ와 같이 고전압(제2 전압)에서 유지하는 시간이 있는 펄스이고, 삼각파 형태의 전압 펄스는 StepⅢ와 같이 고전압(제2 전압)에서 유지하는 시간이 없는(고전압에서 유지하는 구간이 없는) 펄스이다.The trapezoidal voltage pulse is a pulse having a time to be maintained at a high voltage (second voltage) as in Step III, and a voltage pulse in the form of a triangular wave has no time to be maintained at a high voltage (second voltage) as in Step III (holding at a high voltage) Pulse).

사각파 형태의 전압 펄스는 도 2의 StepⅡ와 StepⅣ 구간에서 전압/시간의 기울기가 수직하거나 수직에 가까운 것으로 사각형 형태의 파형을 갖는 것을 의미한다. The voltage pulse in the form of a square wave means that the slope of the voltage / time is vertical or close to the vertical in the step II and step IV sections of FIG. 2, and has a rectangular waveform.

사다리꼴파 또는 삼각파 형태의 전압 펄스를 인가하는 경우에, 승압 및 감압 속도는 유전체 나노튜브 어레이의 미세구조에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 다른 공정변수들과 함께 파형(wave form)의 공정에서 더욱 중요한 변수이다. 승압 속도는 고전압(제2 전압)과 저전압(제1 전압) 사이의 전압차를 저전압(제1 전압)에서 고전압(제2 전압)으로 상승(승압)하는데 걸리는 시간으로 나눈 값을 의미하고, 감압 속도는 고전압과 저전압 사이의 전압차를 고전압에서 저전압으로 하강(감압)하는데 걸리는 시간으로 나눈 값을 의미한다. 승압 및 감압 속도는 1∼15V/sec, 더욱 구체적으로는 3∼7V/sec 정도인 것이 바람직하다. 사다리꼴파 형태의 전압 펄스의 예로서, 고전압(제2 전압)은 60V이고, 저전압(제1 전압)은 40V이며, 고전압(제2 전압) 유지 시간은 180sec이고, 저전압(제1 전압) 유지 시간은 180sec이며, 저전압(제1 전압)에서 고전압(제2 전압)으로 상승하는 승압 속도는 5V/sec이고, 고전압(제2 전압)에서 저전압(제1 전압)으로 하강하는 감압 속도는 5V/sec이다.When applying a voltage pulse in the form of a trapezoidal wave or a triangular wave, the step-up and depressurization rates may affect the microstructure of the dielectric nanotube array, which is more important in the process of wave form along with other process variables. Is a variable. The step-up speed refers to a value obtained by dividing the voltage difference between the high voltage (second voltage) and the low voltage (first voltage) by the time taken to increase (boost) the voltage from the low voltage (first voltage) to the high voltage (second voltage), and depressurize. Speed refers to a value obtained by dividing the voltage difference between a high voltage and a low voltage by the time it takes to drop (decompress) a voltage from a high voltage to a low voltage. It is preferable that the step-up and depressurization rates are about 1 to 15 V / sec, more specifically about 3 to 7 V / sec. As an example of the trapezoidal waveform voltage pulse, the high voltage (second voltage) is 60 V, the low voltage (first voltage) is 40 V, the high voltage (second voltage) holding time is 180 sec, and the low voltage (first voltage) holding time. Is 180 sec, and the step-up speed rising from low voltage (first voltage) to high voltage (second voltage) is 5 V / sec, and the step-down speed falling from high voltage (second voltage) to low voltage (first voltage) is 5 V / sec. to be.

하나의 전압 펄스가 인가되는 시간(도 2에서 StepⅡ부터 StepⅣ 까지의 시간)을 조절하여 유전체 나노튜브의 마디 사이의 간격(또는 거리)을 조절할 수 있다. 하나의 전압 펄스의 인가시간이 많을 경우에는 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 간격(또는 거리)이 커지며, 하나의 전압 펄스의 인가시간이 적을 경우에는 마디와 마디 사이의 간격(또는 거리)이 작아지게 된다. The interval (or distance) between the nodes of the dielectric nanotubes can be controlled by adjusting the time (step 2 to Step IV in FIG. 2) at which one voltage pulse is applied. If the application time of one voltage pulse is large, the distance (or distance) between the nodes and nodes of the dielectric nanotubes becomes large, and when the application time of one voltage pulse is small, the interval (or distance) between the nodes and nodes It becomes smaller.

전원공급수단(50)에 의해 인가되는 전압 펄스의 형태, 전압 펄스의 제2 전압(고전압)과 제1 전압(저전압), 전압 펄스 인가 횟수, 하나의 전압 펄스의 인가시간, 승압 속도, 감압 속도 등은 컴퓨터(60)의 프로그램에 의해 컴퓨터적으로 제어될 수 있다. The form of the voltage pulse applied by the power supply means 50, the second voltage (high voltage) and the first voltage (low voltage) of the voltage pulse, the number of times the voltage pulse is applied, the application time of one voltage pulse, the boosting speed, and the decompression speed The back can be computer controlled by a program on the computer 60.

Ti, Al, Si 또는 이들의 합금을 아노다이징(anodizing)하면서 전압 펄스를 인가하게 되면, 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이가 형성되게 된다. 유전체 나노튜브의 어레이는 복수 개의 유전체 나노튜브가 이웃하게 배열되어 있는 구조를 갖는다. When a voltage pulse is applied while anodizing Ti, Al, Si or an alloy thereof, an array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes is formed. The array of dielectric nanotubes has a structure in which a plurality of dielectric nanotubes are arranged adjacently.

도 3은 광결정(복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이)의 주기적 격자(periodical lattice)에서 가시광선(visible light)의 회절(diffraction)되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에서 도면부호 '110'은 유전체 나노튜브를 나타내고, 도면부호 '112'는 유전체 나노튜브의 마디를 나타내며, 도면부호 '114'는 유전체 나노튜브의 기공을 나타내고, 도면부호 '116'은 유전체 나노튜브의 단위격자(unit lattice)로서 마디와 마디 사이의 간격을 나타낸다. 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이는 주기적인 다공성 구조를 갖는 결정체이며, 이러한 구조를 통해 전자기파의 파장 시프트(shift)가 유발될 수 있다. FIG. 3 is a diagram schematically showing a diffraction of visible light in a periodic lattice of a photonic crystal (an array of dielectric nanotubes having multiple nodes). In FIG. 3, reference numeral '110' denotes a dielectric nanotube, reference numeral '112' denotes a node of the dielectric nanotube, reference numeral '114' denotes a pore of the dielectric nanotube, and reference numeral '116' a dielectric substance. It is the unit lattice of the nanotube, and it represents the gap between nodes. An array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes is a crystal having a periodic porous structure, and through this structure, wavelength shift of electromagnetic waves may be induced.

유전체 나노튜브의 마디(112)는 마치 대나무의 마디와 같은 형태를 갖는다. 이러한 마디(112)는 유전체 나노튜브(110)의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 갖고, 각각의 마디(112)는 서로 이격되게 위치한다. 마디와 마디 사이의 간격(길이)은 50∼300nm 정도인 것이 바람직하다. The node 112 of the dielectric nanotube has the shape of a bamboo node. These nodes 112 have a shape that protrudes perpendicular to the length of the dielectric nanotube 110, and each node 112 is spaced apart from each other. It is preferable that the gap (length) between the nodes is about 50 to 300 nm.

유전체 나노튜브의 내부 직경(기공(114) 직경)의 크기가 5∼900nm 정도인 것이 바람직하다.It is preferable that the size of the inner diameter (pore 114 diameter) of the dielectric nanotube is about 5 to 900 nm.

이와 같이 제조된 복수 개의 마디를 갖는 유전체 나노튜브의 어레이는 광결정(photonic crystal)으로 사용될 수 있다. The array of dielectric nanotubes having a plurality of nodes thus manufactured may be used as a photonic crystal.

상술한 방법으로 제조된 유전체 나노튜브의 어레이는 광간섭바이오센서로 사용될 수 있고, SiO2에 비해 산성의 분위기에서 안정적이다. The array of dielectric nanotubes prepared by the above method can be used as an optical interference biosensor, and is more stable in an acidic atmosphere than SiO 2 .

상술한 유전체 나노튜브의 어레이를 포함하는 광결정은 빛을 손실 없이 제어할 수 있어 미세화 레이저, 광도파로, 필터, 분할기, 혼합기 등의 광집적회로에 활용될 수 있고, 빛의 속도나 방향을 제어할 수 있어 LED, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있으며, 빛, 온도, 압력, pH, 전기, 유전율 등의 외부자극에 민감하게 반응하므로 다양한 센서로의 응용이 기대된다. The photonic crystal including the above-described array of dielectric nanotubes can control light without loss, and thus can be utilized in optical integrated circuits such as miniaturized lasers, optical waveguides, filters, dividers, mixers, and control the speed or direction of light. Since it can increase the efficiency of LED and solar cells, it is sensitive to external stimuli such as light, temperature, pressure, pH, electricity, and dielectric constant, so application to various sensors is expected.

도 4는 광결정을 이용하여 유기용매를 실시간으로 분석할 수 있는 광학 센서의 구성을 보여주는 모식도이다. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an optical sensor capable of analyzing an organic solvent in real time using a photonic crystal.

도 4를 참조하면, 유기용매의 실시간 분석이 가능한 광학 센서는, 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell)(240)과, 상기 용액이 흘러가도록 상기 상기 플로우 셀(240) 내에 장착되는 광결정(100)과, 상기 광결정(100) 위에 백색광을 입사시키기 위한 백색광 공급원(white light source)(210)과, 상기 백색광 공급원(210)으로부터 공급된 상기 백색광을 포커싱하여 상기 광결정(100)에 입사시키고 상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정(100)으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 수집하기 위한 렌즈(Lnes)(230)와, 상기 렌즈(230)로부터 나오는 상기 반사광을 수집 분석하기 위한 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)(220)를 포함한다.Referring to FIG. 4, an optical sensor capable of real-time analysis of an organic solvent includes a flow cell 240 provided to allow a solution to flow and a photonic crystal mounted in the flow cell 240 to allow the solution to flow. (100), a white light source (210) for injecting white light onto the photonic crystal (100), and the white light supplied from the white light source (210) are focused on the photonic crystal (100). A lens (Lnes) 230 for collecting reflected light from the photonic crystal 100 through which the organic solvent flows, and a CCD spectrometer (CCD Spectrometer) for collecting and analyzing the reflected light from the lens 230 ( 220).

백색광 공급원(white light source)(210)은 텅스텐 램프 등을 사용할 수 있다. 백색광이 렌즈(Lnes)(230)를 이용하여 광결정 위에 입사된 면은 직경이 0.1~1mm인 원 안에 포함되도록 초점을 맞추는 것이 바람직하다.The white light source 210 may be a tungsten lamp or the like. It is preferable to focus the white light incident on the photonic crystal using a lens (Lnes) 230 to be included in a circle having a diameter of 0.1 to 1 mm.

광결정(100)으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)(220)를 이용하여 수집할 수 있다. The reflected light coming out of the photonic crystal 100 may be collected using a CCD spectrometer 220.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

플로우 셀(240)에 광결정(100)을 장착하고, 광결정(100)이 장착된 플로우 셀(240)에 증류수를 흘려준 후 CCD 스펙트로미터(220)를 이용하여 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정하고, 광결정(100)이 장착된 플로우 셀(240)에 유기용매를 흘려준 후 CCD 스펙트로미터(220)를 이용하여 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정할 수 있다.After the photonic crystal 100 is mounted on the flow cell 240 and distilled water is flowed through the flow cell 240 on which the photonic crystal 100 is mounted, intensity is adjusted according to the wavelength of the reflected light spectrum using the CCD spectrometer 220. ) Is measured, and after flowing an organic solvent to the flow cell 240 equipped with the photonic crystal 100, the intensity of the intensity is changed according to the wavelength of the reflected light spectrum using the CCD spectrometer 220. You can.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for analyzing an organic solvent in real time according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell)(240) 내에 광결정(100)을 장착한다.The photonic crystal 100 is mounted in a flow cell 240 provided to allow a solution to flow.

백색광 공급원(white light source)을 렌즈(Lnes)를 통해 상기 광결정 위에 입사시킨다. 백색광이 렌즈(Lnes)(230)를 이용하여 광결정 위에 입사된 면은 직경이 0.1~1mm인 원 안에 포함되도록 초점을 맞추는 것이 바람직하다.A white light source is incident on the photonic crystal through a lens. It is preferable to focus the white light incident on the photonic crystal using a lens (Lnes) 230 to be included in a circle having a diameter of 0.1 to 1 mm.

상기 플로우 셀(240) 내에 장착된 광결정(100)에 유기욤매가 흐르도록 한다. 예컨대, 플로우 셀(240)의 유입부(In)에서 유출부(Out)로 유기용매가 흐르도록 한다. 가시광에 의한 회절이 관측되고 있는 상태로 100% 농도의 증류수를 일정시간 흘리고 유기용매를 포함한 용액을 플로우 셀 안으로 흘려주는 것이 바람직하다. 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다. An organic solvent flows through the photonic crystal 100 mounted in the flow cell 240. For example, the organic solvent flows from the inlet portion In of the flow cell 240 to the outlet portion Out. It is preferable that 100% concentration of distilled water is flowed for a certain period of time while the diffraction by visible light is being observed, and a solution containing an organic solvent is flowed into the flow cell. The organic solvent may include methanol, ethanol or isopropyl alcohol.

상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정(100)으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 상기 렌즈(230)를 통해 수집한다. The reflected light coming out of the photonic crystal 100 through which the organic solvent flows is collected through the lens 230.

상기 렌즈(230)로부터 나오는 상기 반사광을 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)(220)를 이용하여 수집하고, 상기 광결정 내를 흐르는 상기 유기용매에 의한 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정하여 분석한다. The reflected light coming from the lens 230 is collected using a CCD spectrometer 220 and analyzed in real time by measuring changes in the diffraction wavelength caused by the organic solvent flowing in the photonic crystal.

패브리-패로 간섭 현상에 대하여 설명한다. 반사율이 높은 거울을 서로 평행하게 놓고 거울에 빛을 입사시켰을 때 거울을 투과한 빛은 평행한 거울의 표면에서 일부의 빛을 투과하지만, 대부분은 투과와 반사를 반복한다. 입사한 방향의 반대쪽에서는 두 거울 사이를 반사한 수만큼 아래 거울을 투과하여 나오는데, 각각의 빛이 경로 차이 만큼 간섭 현상을 보인다. The Fabry-Laro interference phenomenon will be described. When mirrors with high reflectivity are placed parallel to each other and light is incident on the mirrors, the light transmitted through the mirrors transmits some of the light on the surfaces of the parallel mirrors, but most of them repeat transmission and reflection. On the opposite side of the incident direction, the number of reflections between the two mirrors is transmitted through the lower mirror, and each light exhibits interference as much as the path difference.

나노 크기의 기공을 갖는 광결정에 백색광을 입사시키면, 광결정에 형성된 기공의 상단부와 기공의 하단부의 광 경로 차이에 의해서 광학두께에 관계된 간섭 패턴이 나타난다. When white light is incident on a photonic crystal having nano-sized pores, an interference pattern related to the optical thickness appears due to a difference in the optical paths of the upper and lower pores formed in the photonic crystal.

광학두께라고 하는 것은 상술한 바와 같이, 기공의 상단부에서 광결정의 길이 방향으로 반대편에 있는 기공의 하단부 사이의 간격, 즉 광결정 내에 공간의 길이를 나타낸다. Optical thickness refers to the distance between the upper end of the pores and the lower end of the pores on the opposite side in the longitudinal direction of the photonic crystal as described above, that is, the length of the space in the photonic crystal.

수학식 1은 굴절률(n)과 광학두께(L)의 관계를 보여준다. Equation 1 shows the relationship between the refractive index (n) and the optical thickness (L).

[수학식 1][Equation 1]

mλ=2nL mλ = 2nL

여기서 m은 간섭 차수이고, λ는 m 차수에서 얻어지는 최대 간섭 파장이고, n은 광결정과 광결정에 함유된 유기용매에 따른 굴절률이고, L은 광결정의 광학두께(optical thickness)이다.Where m is the interference order, λ is the maximum interference wavelength obtained from the m order, n is the refractive index of the photonic crystal and the organic solvent contained in the photonic crystal, and L is the optical thickness of the photonic crystal.

전해액의 농도, 전압, 양극산화 시간 등에 따라 광학두께 L을 변화시킬 수 있다. 광학두께의 길이가 길어질수록 프린지(fringe)의 수가 증가하며, 간섭파장의 특성을 변화시킨다.The optical thickness L can be changed according to the concentration of the electrolyte solution, voltage, anodization time, and the like. As the length of the optical thickness increases, the number of fringes increases, and the characteristics of the interference wavelength change.

광결정 위에 백색광을 조사하면, 광결정의 상단부와 기공의 하단부의 광 경로 차에 의해서 패브리-패로 프린지 형태의 반사파형이 나타난다. When white light is irradiated on the photonic crystal, a Fabry-Far fringe-type reflection wave appears due to a difference in optical paths between the top of the photonic crystal and the bottom of the pore.

유기용매를 투여함에 따라 패브리-패로 프린지 형태의 반사 파형이 백색광의 세기 변화와 반사 파장의 이동을 확인할 수 있다.As the organic solvent is administered, the Fabri-Faro fringe-shaped reflection waveform can confirm the change of the intensity of the white light and the shift of the reflection wavelength.

백색광에 대한 패브리-패로 프린지 형태의 반사파장에 대한 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(fast fourier transformation; FFT)을 시도한다. 고속 푸리에 변환은 푸리에 변환에 근거하여 근사공식을 이용한 이산 푸리에 변환(discrete fourier transform)을 계산할 때 연산회수를 줄일 수 있도록 고안된 알고리즘이다. A fast fourier transformation (FFT) is attempted on the spectrum of the fringe-type reflected wavelength for white light. The fast Fourier transform is an algorithm designed to reduce the number of operations when calculating a discrete fourier transform using an approximation formula based on the Fourier transform.

고속 푸리에 변환은 시간적 흐름의 소리 정보를 주파수의 흐름으로 변환시켜 주는 함수 계산 방식이다.The fast Fourier transform is a function calculation method that converts temporal flow of sound information into frequency flow.

광결정으로부터 얻어진 반사광 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(FFT)시킨다. The reflected light spectrum obtained from the photonic crystal is subjected to a fast Fourier transform (FFT).

특정한 광학두께를 갖는 피크(peak)를 얻을 수 있고, 이런 광학두께를 유효 광학두께라고 한다. 이런 유효 광학두께는 광결정 안에 들어있는 유기용매의 크기와 굴절률에 따른 스펙트럼의 변화에 따라 이동하게 된다. A peak having a specific optical thickness can be obtained, and this optical thickness is referred to as an effective optical thickness. The effective optical thickness is shifted according to the change of the spectrum according to the size and refractive index of the organic solvent contained in the photonic crystal.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention are specifically presented, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

<실험예 1><Experimental Example 1>

불소(F)를 포함하는 전해액을 사용하여 아노다이징을 수행하면서 사다리꼴파 형태의 전압 펄스를 인가하여 복수 개의 마디를 갖는 광결정(TiO2 나노튜브의 어레이)을 제조하였다. While performing anodizing using an electrolyte solution containing fluorine (F), a trapezoidal voltage pulse was applied to prepare a photonic crystal (array of TiO 2 nanotubes) having a plurality of nodes.

에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 89.1중량% 및 물(H2O) 10.9%가 혼합된 용액 100중량부에 0.5중량부의 NH4F를 혼합한 전해액을 사용하였다. 상기 전해액의 온도는 30℃ 정도 였다. An electrolyte solution in which 0.5 parts by weight of NH 4 F was mixed with 100 parts by weight of a solution in which 89.1% by weight of ethylene glycol and 10.9% of water (H 2 O) was mixed was used. The temperature of the electrolytic solution was about 30 ° C.

적절한 미세구조의 TiO2 나노튜브 어레이를 얻기 위하여 전원공급수단에 컴퓨터를 연결하고, 전압 펄스의 형태, 전압 펄스의 제2 전압과 제1 전압, 전압 펄스 인가 횟수, 하나의 전압 펄스의 인가시간, 승압 속도, 감압 속도 등을 프로그램에 의해 컴퓨터적으로 제어하였다. In order to obtain a TiO 2 nanotube array of appropriate microstructure, a computer is connected to a power supply means, the shape of the voltage pulse, the second voltage and the first voltage of the voltage pulse, the number of times the voltage pulse is applied, the application time of one voltage pulse, The step-up speed, the step-down speed, etc. were computer-controlled by the program.

도 5에 나타난 바와 같이 사다리꼴파 형태의 전압 펄스를 인가하였는데, 고전압(high voltage)(제2 전압)은 60V이고, 저전압(low voltage)(제1 전압)은 40V이며, 고전압(제2 전압) 유지 시간은 180sec이고, 저전압(제1 전압) 유지 시간은 180sec이며, 저전압(제1 전압)에서 고전압(제2 전압)으로 상승하는 승압 속도는 5V/sec이고, 고전압(제2 전압)에서 저전압(제1 전압)으로 하강하는 감압 속도는 5V/sec로 제어하였다. As shown in FIG. 5, a voltage pulse in the form of a trapezoidal wave was applied. The high voltage (second voltage) was 60 V, the low voltage (first voltage) was 40 V, and the high voltage (second voltage). The holding time is 180 sec, the low voltage (first voltage) holding time is 180 sec, and the step-up speed rising from the low voltage (first voltage) to the high voltage (second voltage) is 5 V / sec, and the low voltage at the high voltage (second voltage). The decompression rate falling to (first voltage) was controlled to 5 V / sec.

도 2에 나타낸 바와 같이, StepⅡ부터 StepⅤ까지를 펄스 사이클(pulse cycle)로 하였고, 상기 펄스 사이클을 20회 반복하였다. As shown in Fig. 2, Step II to Step V were set as a pulse cycle, and the pulse cycle was repeated 20 times.

도 6은 실험예 1에 따라 제조된 TiO2 나노튜브 어레이의 측면과 평면을 보여주는 전계방사 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; FE-SEM) 사진이다. 6 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph showing a side and a plane of a TiO 2 nanotube array prepared according to Experimental Example 1.

도 6을 참조하면, TiO2 광결정은 복수 개의 마디를 갖고, TiO2 광결정의 마디는 대나무의 마디와 같은 형태를 갖는 것을 확인할 수 있었다. TiO2 광결정의 마디는 TiO2 광결정의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 갖고, 각각의 마디는 서로 이격되게 위치하는 것을 볼 수 있었다. 복수 개의 TiO2 나노튜브가 이웃하게 배열되어 어레이를 이루는 것도 확인되었다. Referring to FIG. 6, it was confirmed that the TiO 2 photonic crystal has a plurality of nodes, and the TiO 2 photonic crystal has the same shape as the bamboo node. Node of a photonic crystal TiO 2 having a shape projecting perpendicularly with respect to the length of the TiO 2 photonic crystal, each node could be seen that the position to be spaced apart from each other. It was also confirmed that a plurality of TiO 2 nanotubes were arranged adjacent to each other to form an array.

TiO2 광결정의 마디와 마디 사이의 평균 간격(길이)은 150㎚ 정도 였다.The average spacing (length) between the nodes of the TiO 2 photonic crystal was about 150 nm.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실험예 1에 따라 제조된 TiO2 광결정을 도 4에 도시된 바와 같이 플로우 셀(flow cell)에 장착하고 가시광에 의한 회절이 관측되고 있는 상태로 100% 농도의 증류수를 일정시간 흘리고 유기용매인 에탄올을 포함한 용액을 플로우 셀 안으로 흘려주었다.A TiO 2 photonic crystal prepared according to Experimental Example 1 is mounted on a flow cell as shown in FIG. 4, and 100% concentration of distilled water is flowed for a certain period of time while diffraction by visible light is observed, and ethanol as an organic solvent. The solution containing was flowed into the flow cell.

도 7은 실험예 1에 따라 제조된 광결정(복수 개의 마디를 갖는 TiO2 나노튜브의 어레이)에 대하여 회절 스펙트럼(reflection spectrum)을 보여주는 그래프로서, TiO2 광결정 내에 유기용매인 에탄올(EtOH)이 들어간 상태에서 측정한 것이다. FIG. 7 is a graph showing a reflection spectrum of a photonic crystal prepared according to Experimental Example 1 (array of TiO 2 nanotubes having a plurality of nodes), and ethanol (EtOH), an organic solvent, is contained in the TiO 2 photonic crystal. It was measured in the state.

도 7을 참조하면, TiO2 광결정 내에 들어간 에탄올에 따라 광결정에서 회절되어 나오는 파장이 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7, it was confirmed that the wavelength diffracted in the photonic crystal changes according to ethanol contained in the TiO 2 photonic crystal.

도 8은 실험예 1에 따라 제조된 광결정(복수 개의 마디를 갖는 TiO2 나노튜브의 어레이)에 대하여 에탄올의 농도 변화에 따른 실시간 파장 변화를 관찰하여 나타낸 도면이다. 8 is a view showing the observation of a real-time wavelength change according to the concentration change of ethanol for a photonic crystal (array of TiO 2 nanotubes having multiple nodes) prepared according to Experimental Example 1.

도 8을 참조하면, 에탄올의 농도에 따라 파장이 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. Referring to FIG. 8, it was observed that the wavelength was changed according to the concentration of ethanol.

TiO2 광결정의 상(phase)이 변하므로 광결정의 회절 파장 또한 변하게 되어 이를 이용하여 실시간으로 제2상에 의한 광회절 변화를 관측할 수 있어 센서로서 활용이 가능함을 확인할 수 있었다.Since the phase of the TiO 2 photonic crystal is changed, the diffraction wavelength of the photonic crystal also changes, so it can be confirmed that the optical diffraction change by the second phase can be observed in real time to be used as a sensor.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are made by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. This is possible.

10: 전해조(electrochemical bath)
20: 전해액(electrolyte)
30: 양극(anode)
40: 음극(cathode)
50: 전원공급수단(power supply)
60: 컴퓨터
70: 냉각수단(cooling circulator)
80: 항온조(thermostatic bath)
90: 멀티미터(multimeter)
95: 자석교반기(magnetic stirrer)
100: 광결정
110: 유전체 나노튜브
112: 유전체 나노튜브의 마디
114: 유전체 나노튜브의 기공
116: 유전체 나노튜브의 마디 간격
210: 백색광 공급원(white light source)
220: CCD 스펙트로미터(CCD spectrometer)
230: 렌즈(Lens)
240: 플로우 셀(Flow cell)
10: electrochemical bath
20: electrolyte
30: anode
40: cathode
50: power supply means
60: computer
70: cooling circulator
80: thermostatic bath
90: multimeter
95: magnetic stirrer
100: photonic crystal
110: dielectric nanotube
112: Node of the dielectric nanotube
114: Pore of the dielectric nanotube
116: node spacing of dielectric nanotubes
210: white light source
220: CCD spectrometer
230: Lens
240: Flow cell

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 용액이 흐를수 있도록 마련된 플로우 셀(Flow cell) 내에 광결정을 장착하는 단계;
백색광 공급원(white light source)을 렌즈(Lnes)를 통해 상기 광결정 위에 입사시키는 단계;
상기 광결정이 장착된 플로우 셀 내로 증류수를 흘려주는 단계;
상기 플로우 셀 내에 장착된 광결정에 유기용매가 흐르도록 하는 단계;
상기 유기용매가 흐르는 상기 광결정으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 상기 렌즈를 통해 수집하는 단계;
상기 렌즈로부터 나오는 상기 반사광을 CCD 스펙트로미터(CCD Spectrometer)를 이용하여 수집하는 단계; 및
상기 광결정 내를 흐르는 상기 유기용매의 농도에 따른 회절 파장의 변화를 실시간으로 측정하여 분석하는 단계를 포함하며,
상기 광결정이 장착된 플로우 셀에 상기 증류수를 흘려준 후 상기 CCD 스펙트로미터를 이용하여 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정하고,
상기 광결정이 장착된 플로우 셀에 상기 유기용매를 흘려준 후 상기 CCD 스펙트로미터를 이용하여 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정하며,
상기 유기용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 포함하고,
상기 광결정은,
전자기파의 파장 시프트(shift)를 유발할 수 있는 결정체로서,
나노 기공을 갖는 유전체 나노튜브가 복수 개 배열되어 어레이를 이루며,
상기 유전체 나노튜브는 서로 이격되어 있는 복수 개의 마디를 갖고,
상기 마디는 상기 유전체 나노튜브의 길이에 대하여 수직하게 돌출되어 있는 형태를 가지며,
상기 유전체 나노튜브는 TiO2, Al2O3 또는 SiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법.
Mounting a photonic crystal in a flow cell provided to allow the solution to flow;
Injecting a white light source through the lens onto the photonic crystal;
Flowing distilled water into the flow cell equipped with the photonic crystal;
Allowing an organic solvent to flow through the photonic crystal mounted in the flow cell;
Collecting reflected light from the photonic crystal through which the organic solvent flows through the lens;
Collecting the reflected light from the lens using a CCD spectrometer; And
And measuring and analyzing in real time the change in the diffraction wavelength according to the concentration of the organic solvent flowing in the photonic crystal,
After flowing the distilled water to the flow cell equipped with the photonic crystal, it is measured that the intensity varies according to the wavelength of the reflected light spectrum using the CCD spectrometer.
After flowing the organic solvent to the flow cell equipped with the photonic crystal, it is measured that the intensity changes according to the wavelength of the reflected light spectrum using the CCD spectrometer.
The organic solvent includes methanol, ethanol or isopropyl alcohol,
The photonic crystal,
As a crystal that can cause a wavelength shift of electromagnetic waves,
A plurality of dielectric nanotubes having nano pores are arranged to form an array,
The dielectric nanotubes have a plurality of nodes spaced apart from each other,
The node has a shape protruding perpendicular to the length of the dielectric nanotube,
The dielectric nanotube is a method for analyzing in real time the organic solvent, characterized in that consisting of TiO 2 , Al 2 O 3 or SiO 2 .
제5항에 있어서, 상기 유전체 나노튜브의 마디와 마디 사이의 평균 간격은 50∼300nm인 것을 특징으로 하는 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법.
The method of claim 5, wherein the average spacing between the nodes of the dielectric nanotubes is 50-300 nm.
제5항에 있어서, 상기 나노 기공의 평균 직경은 5∼900nm인 것을 특징으로 하는 유기용매를 실시간으로 분석하기 위한 방법.
The method for analyzing an organic solvent in real time according to claim 5, wherein the nano pores have an average diameter of 5 to 900 nm.
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