KR102102192B1

KR102102192B1 - 자기장을 이용한 자성 다공체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 자성 다공체

Info

Publication number: KR102102192B1
Application number: KR1020180141067A
Authority: KR
Inventors: 이호년; 김안나; 김현종; 박영민
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-04-22

Abstract

본 발명의 일실시예는 자성 다공체의 제조방법을 제공할 수 있으며, 더욱 상세하게는 자기장 발생물체를 통해 기판에 자기장을 인가하여 자성입자의 증착 시 배열된 구조를 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면 종래의 Photolithography, Shadow make 공정을 활용한 방법에 비해 간이하고 경제성이 뛰어난 자성 다공체의 제조방법을 제공할 수 있으며, 이에 따라 제조된 자성 다공체는 기계적 안정성이 뛰어나다.

Description

자기장을 이용한 자성 다공체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 자성 다공체{Manufacturing method of porous magnetic materials using magnetic field and the porous magnetic materials manufactured by the method}

본 발명은 자성 다공체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 자성 다공체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판에 자기장을 인가하여 자성입자의 증착 시 배열된 구조를 갖도록 하는 제조방법에 관한 것이다.

다공체는 발달된 기공구조, 다양한 크기 기공, 높은 비표면적으로 인하여 촉매, 흡착체 또는 담체, 고정화제, 전달체로 연구되어 왔으며, 최근에는 분리막, 연료전지 세퍼레이터, 저유전율 재료, 촉매 담체 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 이 중 분리막은 수처리나 탄산가스 분리 등의 환경 에너지 분야, 인공신자이나 혈장 분리막 등의 의료 분야를 비롯하여 폭 넓은 용도로 이용되고 있다. 또한, 다공성 담체에 자기적 특성이 부가되는 경우 촉매 반응이나 효소반응 후에 자기적 특성을 이용하여 반응액으로부터 효과적으로 분리, 회수 및 재활용 할 수 있는 장점을 부여할 수 있다.

자성 다공체의 제조에 있어서 특정한 배열구조를 형성하기 위해 대표적으로 다양한 크기와 형상의 나노자성체를 패터닝 할 수 있는 포토리소그래피(Photolithography), Shadow mask 공정이 이용될 수 있다. 이러한 종래의 포토리소그래피 공정은 증착 이후 다공체의 일부를 제거하는 추가적인 공정을 필요로 하며, Shadow mask 공정은 패턴의 미세화에 한계가 있으며 쉐도우 마스크 제거시 다공성 박막이 박리될 수 있는 문제가 있다. 따라서 이러한 기존의 방식은 기계적 안정성이 낮은 다공체에 적용하기 어려운 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제 10-0817126호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판에 자기장을 인가하여 증착시 자기입자를 유도하고 자기장 형태에 따라 배열된 자성 다공체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 자성 다공체의 제조방법을 제공한다. 상기 자성 다공체의 제조방법은 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계, 자성물질로부터 자성입자를 생성하는 단계 및 상기 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되는 단계를 포함한다. 이때, 상기 자성입자가 상기 제 2면에 증착될 때 상기 제 1면에 형성된 자기장에 의해 배열되어 증착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계는, 상기 제 1면 상에 하나 이상의 자기장 발생물체를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1면 상에 복수의 자기장 발생물체를 배치하는 경우, 상기 복수의 자기장 발생물체의 자기장의 세기는 같거나 서로 다른 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기장 발생물체는 영구자석 또는 전자석을 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판의 제1면에 자기장을 형성하는 단계는,

상기 제 1면 상에 강자성체로 이루어진 패턴층을 형성하고 외부자기장을 인가하여 상기 패턴층을 자화하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판의 제 1면에 형성된 자기장의 세기는 10 mT 내지 5000 mT인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자성물질은 상자성, 강자성 및 반자성 물질로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자성물질은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 사마륨(Sm), 칼슘(Ca), 어븀(Er), 구리(Cu), 금(Au), 아연(Zn), 은(Ag), 납(Pb) 및 비스무트(Bi)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계는, 상기 제 1면의 전체 또는 일부분에 자기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1면에 형성된 자기장의 자기력선의 방향은 상기 제1면에 수직 또는 수평한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자성입자가 상기 기판의 상기 제2면에 증착되는 단계는, 열증착법 또는 스퍼터링법에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되는 단계 다음에, 상기 자성입자와 서로 다른 물질인 추가 자성입자가 상기 제2면에 증착되는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 자성 다공체를 제공한다. 상기 자성 다공체는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 3차원 자성 다공체의 제조방법을 제공한다.

상기 3차원 자성 다공체의 제조방법은 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계, 제 1 자성물질로부터 제 1 자성입자를 생성하는 단계, 상기 제 1 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되어 제 1 자성 다공체를 형성하는 단계, 상기 제 1면에 형성된 자기장을 변화시키는 단계 및 제 2 자성물질로부터 생성된 제 2 자성입자가 상기 제 2면에 증착되어 상기 제 1 자성 다공체 상에 제 2 자성 다공체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 1 자성입자 및 상기 제 2 자성입자가 상기 제 2면에 증착될 때 상기 제 1면에 형성된 자기장에 의해 배열되어 증착되고, 상기 제 1 자성 다공체 및 상기 제 2 자성 다공체는 서로 다른 배열구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 자성물질 및 상기 제 2 자성물질은 서로 다른 물질인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법에 따르면, 자기장 발생물체를 통해 기판에 자기장을 인가할 수 있으며 이에 따라 자성입자의 증착 시 자기장의 형태에 따라 배열된 구조를 형성할 수 있다. 또한, 상기 자성 다공체의 기계적 안정성을 유지할 수 있으며, 종래의 방법에 비해 간이하고 경제성이 개선된 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법의 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법에 대한 개념도이다.
도 3은 강자성체로 이루어진 패턴층을 통한 자기장 형성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4의 (a)는 제조예 1 에 따른 유리 기판, 원형자석 및 철판의 배치를 나타낸 배치도이다.
도 4의 (b)는 제조예 1 에 따른 원형자석의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 4의 (c)는 제조예 1에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.
도 5의 (a)는 제조예 2 에 따른 원형자석의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 5의 (b)는 제조예 2에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.
도 6의 (a)는 제조예 3 에 따른 원형자석의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 6의 (b)는 제조예 3에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.
도 7의 (a)는 제조예 4에 따른 원형자석의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 7의 (b)는 도7의 (a)의 원형자석 배치에 따라 제조된 자성다공체의 사진이다.
도 8의 (a)는 제조예 4에 따른 원형자석의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 원형자석 배치에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법(S100)을 나타낸 공정흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법(S100)은 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계(S110), 자성물질로부터 자성입자를 생성하는 단계(120) 및 상기 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되는 단계(S130)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 자성입자가 상기 제 2면에 증착될 때 상기 제 1면에 형성된 자기장에 의해 배열되어 증착되는 것을 특징으로 한다.

도 2는 상기 자성 다공체의 제조방법(S100)에 대한 개념도이다.

도 2를 참조하면, 상기 기판(20)은 자기장이 형성되는 제 1면(21) 및 상기 제 1면(21)에 반대면인 제 2면(22)을 갖는다.

상기 제 1면(21) 상에는 하나 이상의 자기장 발생물체(30)가 배치될 수 있으며, 상기 자기장 발생물체(30)에 의해 상기 제 1면(21)에 자기장이 형성될 수 있다.

또한, 자성물질(40)로부터 자성입자(11)가 생성될 수 있으며, 상기 자성입자(11)는 상기 제 2면(22)에 증착될 수 있다.

이때, 상기 자성입자(11)는 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장에 인력 또는 척력의 영향을 받아 배열되어 상기 제 2면(22)에 증착될 수 있다.

기존의 포토리스그래피 공정은 증착 이후 다공체의 일부를 제거하는 추가적인 공정을 필요로 하며, Shadow mask 공정은 패턴의 미세화에 한계가 있으며 쉐도우 마스크 제거시 다공성 박막이 박리될 수 있는 문제가 있다. 따라서 이러한 기존의 방식은 기계적 안정성이 낮은 다공체에 적용하기에 용이하지 않은 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법(S100)은 상기 제 1면(21)에 자기장을 형성하여 상기 자성입자(11)의 상기 제 2면(22)에 증착 시 배열된 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 자성입자(11)의 증착 시 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장은 상기 자성입자(11)에 인력 또는 척력으로 작용할 수 있다. 상기 자기장이 상기 자성입자(11)에 인력으로 작용하는 경우 상기 자성입자(11)가 자기장이 형성된 형태에 따라 증착되어 이에 따른 배열구조를 형성할 수 있다. 이에 더하여, 자기장 영역 내의 자기장 세기가 강한 곳은 세기가 약한 곳에 비해 인력이 강하게 작용하여 상기 자성입자(11)가 더 많이 증착될 수 있다. 이와 반대로, 상기 자기장이 상기 자성입자(11)에 척력으로 작용하는 경우 자기장이 형성되지 않은 부분에 상기 자성입자(11)가 증착되어 배열구조를 형성할 수 있으며, 자기장 세기의 차이에 의해 증착되는 정도가 다른 배열구조를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 다른 자성 다공체의 제조방법(100)은 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계(S110)는, 상기 제 1면(21) 상에 하나 이상의 자기장 발생물체(30)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 자기장 발생물체(30)는 스스로 자기장을 발생시켜 상기 제 1면(21)에 자기장을 형성할 수 있는 것이라면 충분할 것이다. 예를 들어, 상기 자기장 발생물체(30)는 영구자석 또는 전자석을 포함할 수 있다.

복수의 자기장 발생물체(30)를 배치하는 경우, 각각의 자기장 발생물체(30)의 종류, 개수에 따라 상기 제 1면(21)에 다양한 형태의 자기장을 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 제 1면(21) 상에 복수의 자기장 발생물체(30)를 배치하는 경우, 상기 복수의 자기장 발생물체(30)의 자기장의 세기는 같거나 또는 서로 다를 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1면(21) 상에 하나 또는 복수의 원형자석을 배치할 수 있으며, 이때 상기 복수의 원형자석은 각각 자기장의 세기가 같거나 다를 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1면(21) 상에 하나 또는 복수의 전자석을 배치하여 자기장을 형성할 수 있으며, 상기 전자석에 흐르는 전류를 조절하여 자기장의 세기를 변화시킬 수 있다. 또한, 자성입자(11)를 증착시키는 공정 중 전자석의 자기장을 변화시킴에 따라 상기 자성입자(11)가 배열되는 구조를 제어할 수 있다.

상기 기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계(S110)는 상기 제 1면(21)의 전체 또는 일부분에 자기장을 형성할 수 있다.

상기 제 1면(21)의 일부분에 자기장이 형성된 경우, 자기장이 형성된 부분에 따라 상기 자성입자(11)가 증착되어 배열구조를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장의 자기력선의 방향은 상기 제 1면(21)에 수직 또는 수평하게 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1면(21) 상에 원형자석을 배치하는 경우, 형성된 자기장의 자기력선 방향은 상기 제 1면(21)에 수직하게 형성될 것이다. 또한, 상기 제 1면(21) 상에 막대자석을 누운 형태로 배치하는 경우 이에 의해 형성된 자기장의 자기력선 방향은 상기 제 1면(21)에 수평하게 형성될 것이다.

상기 기판의 제1면에 자기장을 형성하는 단계(S110)는, 상기 제1면(21) 상에 강자성체로 이루어진 패턴층(50)을 형성하고 외부자기장을 인가하여 상기 강자성체로 이루어진 패턴층(50)을 자화하는 단계를 포함할 수 있다. 도 3은 강자성체로 이루어진 패턴층(50)을 통한 자기장 형성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 상기 강자성체로 이루어진 패턴층(50)은 외부자기장의 방향으로 강하게 자화되어 상기 제 1면(21) 상에 자기장을 형성할 수 있으며, 자성입자(11)의 증착은 상기 강자성체로 이루어진 패턴층(50)의 형상에 따라 배열될 수 있다. 따라서, 원하는 모양에 따라 제1면(21) 상에 강자성체로 이루어진 패턴층을 형성하여 제2면(22)에 증착되는 자기입자(11)의 배열을 조절할 수 있다.

이때, 상기 강자성체는 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)일 수 있다.

이때, 상기 강자성체로 이루어진 패턴층(50)의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 mm 일 수 있다. 두께가 0.1 ㎛ 미만인 경우, 자기장의 세기가 너무 약해 상기 자성입자(11)를 유도하는 효과가 미비할 수 있어 바람직하지 않다. 두께가 5 mm를 초과하는 경우, 소재 대비 효용성이 저하되어 바람직하지 않다.

상기 기판의 제 1면(21)에 형성된 자기장의 세기는 10 mT 내지5000 mT인 것을 특징으로 한다. 자기장은 상기 자성입자(11)에 충분한 인력 또는 척력을 가하여 상기 자성입자(11)를 배열시켜 증착시킬 수 있는 세기를 유지하여야 한다. 자기장의 세기가 10 mT 미만인 경우, 자기장으로 상기 자성입자(11)를 유도하는 효과가 미비하여 정확한 배열구조를 형성할 수 없는 문제가 있다. 자기장의 세기가 5000 mT 초과인 경우, 에너지 투입 대비 배열구조를 형성하는 효과가 미비하며 경제성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법(S100)은 자성물질(40)로부터 자성입자(11)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 자성물질(40)은 상자성, 강자성 및 반자성 물질로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.

자성물질이란 자성을 지닌 물질, 즉 자기장 안에서 자화하는 물질을 말하며, 외부 자기장 안에서 자화하는 방식에 따라 강자성(ferromagnetic), 상자성(paramagnetic), 반자성(diamagnetic) 물질로 구분된다. 강자성 물질이란 원자의 자기모멘트가 정렬되어 있어 자성이 강한 자성체로, 비투자율이 극히 큰 물질을 말한다. 강자성 물질은 천연 상태에서는 자기화하지 않은 상태로 존재하며, 외부 자기장에 의해 강자성 물질 내의 자기모멘트들이 자기장 방향으로 정렬하여 자화된다. 상자성 물질이란 외부 자기장과 나란한 방향으로 매우 약하게 자화하는 물질로, 비투자율이 1보다 약간 큰 물질을 말한다. 상자성 물질은 외부 자기장을 만든 물체와는 인력이 작용하며, 외부 자기장이 사라지면 자성이 사라지는 특성이 있다. 반자성 물질이란 외부 자기장과 반대 방향으로 자화하는 물질로, 비투자율이 1보다 약간 작은 물질을 말한다. 외부 자기장을 만드는 물체에 강하게 결합하는 강자성체와는 달리 반자성 물질은 약하게 반발력을 나타낸다.

상기 자성물질(40)로 상자성 또는 강자성 물질을 사용할 경우, 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장은 상기 자성입자(11)에 인력으로 작용하며, 따라서 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장의 형태에 따라 배열된 구조를 형성할 수 있다. 이와 반대로, 상기 자성물질(40)로 반자성 물질을 사용할 경우, 상기 제 1면(21)에 형성된 자기장은 상기 자성입자(11)에 척력으로 작용하며, 이에 따라 위의 상자성 또는 강자성 물질을 사용한 경우에 반대되는 배열구조를 형성할 수 있다.

예를 들어, 상기 자성물질(40)은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 사마륨(Sm), 칼슘(Ca), 어븀(Er), 구리(Cu), 금(Au), 아연(Zn), 은(Ag), 납(Pb) 및 비스무트(Bi)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다.

상기 자성입자(11)가 상기 기판(20)의 상기 제 2면(22)에 증착되는 단계(S120)는 열증착법 또는 스퍼터링법에 의해 수행될 수 있다.

이때, 상기 자성입자(11)를 증착시키는 방법으로 스퍼터링법을 사용할 경우, 스퍼터링법 수행 시 발생하는 플라즈마가 자기장에 영향을 받아 자성입자(11)의 원활한 증착을 방해할 수 있어 문제가 된다. 따라서, 바람직하게는 Gas flow sputtering법(스퍼터 건 주위의 압력은 0.1 ~ 2 torr로 유지하여 나노입자를 형성하고 노즐을 통하여 입자를 방출시키는 방법)을 활용할 수 있으며 이에 따라 플라즈마가 기판 부근으로 인출되는 것을 방지하고 자성입자(11)만을 효과적으로 증착시킬 수 있다.

상기 자성 다공체의 제조방법(S100)은 상기 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되는 단계(S130) 다음에, 상기 자성입자와 서로 다른 물질인 추가 자성입자가 상기 제2면에 증착되는 단계(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 자성입자 및 상기 추가 자성입자는 같은 자기장의 영향 하에서 증착되어 동일한 배열구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 자성입자는 자기장의 영향 하에 증착되어 배열구조를 형성하고, 상기 추가 자성입자는 상기 자성입자가 증착된 표면 상에 동일한 배열구조를 형성하며 증착될 수 있다.

다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 다공체에 대해 설명한다. 상기 자성 다공체 배열구조는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 다공체의 제조방법(S100)에 의해 제조될 수 있다.

다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 자성 다공체의 제조방법에 대해 설명한다.

이때, 상기 자성 다공체 3차원 배열구조의 제조방법은 상기 제 1 자성입자 및 상기 제 2 자성입자가 상기 제 2면에 증착될 때 상기 제 1면에 형성된 자기장에 의해 배열되어 증착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 자성 다공체 및 상기 제 2 자성 다공체는 서로 다른 배열구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명에 대해 보다 자세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1>

열증착물질로 코발트(Co, 0.5g)를 선택하고, 기판으로는 한 변의 길이가 10cm인 사각형 모양인 유리 기판(310)을 선택하였다. 상기 유리 기판(310) 상에 철판(330)을 위치시키고 상기 철판(330)의 하부에 원형자석(320) 4개를 배치하여 유리 기판(310)의 상면에 자기장을 형성하였다. 도 4의 (a)는 유리 기판(310), 원형자석(320) 및 철판(330)의 배치를 나타낸 배치도이다. 이때, 상기 4개의 원형자석(320)은 모두 N극이 유리 기판에 가깝도록 배치하였다. 도 4의 (b)는 상기 4개의 원형자석(320)의 배치를 나타낸 평면도이다. 이때, 상기 4개의 원형자석(320)에 의해 형성된 자기장의 세기는 약 200 mT가 되도록 하였다. 공정압력은 1 Torr로 설정하고, 공정가스로써 아르곤(Ar) 가스를 100 sscm 조건으로 증착챔버 내에 주입하여 열증착을 진행하였다.

도 4의 (c)는 실시예 1에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.

도 4의 (c)를 참조하면, 상기 4개의 원형자석(320)에 의해 형성된 자기장의 형태로 상기 코발트(Co) 입자가 배열되어 증착된 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 원형자석(320)에 의해 발생한 자기장이 강상자성 물질인 상기 코발트(Co) 입자에 인력으로 작용하였기 때문인 것으로 판단된다.

<제조예 2>

상기 제조예 1 과 동일한 방법으로 자성 다공체를 제조하였다. 다만, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 4개의 원형자석 중 일부 원형자석의 자기력선 방향이 양 옆에 위치한 원형자석의 자기력선 방향과 반대가 되도록 배치하였다.

도 5의 (b)는 실시예 2에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.

도 5의 (b)를 참조하면, 도 3의 (c)에 도시된 상기 제조예 1의 결과와 마찬가지로 4개의 원형자석에 의해 형성된 자기장의 형태로 코발트(Co) 입자가 배열되어 증착된 것을 확인할 수 있다. 단, 유리 기판의 각 변의 중앙에 수직하게 증착된 배열구조를 발견할 수 있으며, 이는 상기 제조예 1과 비교하여 일부 원형자석의 극 방향이 반대되어 자기장의 형태가 변하였기 때문인 것으로 판단된다.

<제조예 3>

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 자성 다공체를 제조하였다. 다만, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 제조예 1에 비하여 작은 크기의 원형자석들을 사용하였고, 상기 원형자석들에 의해 형성된 자기장의 세기는 약 310 mT가 되었다. 또한, 모든 원형자석들의 N극이 기판에 가깝도록 배치하였다.

도 6의 (b)는 제조예 3에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다. 도 6의 (b)를 참조하면, 다수의 원형자석에 의해 형성된 자기장의 형태에 따라 코발트(Co) 자성입자가 증착된 것을 확인할 수 있다.

<제조예 4>

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 자성 다공체를 제조하였다. 다만, 상기 제조예 1의 유리 기판 대신 직경이 4 인치인 원형의 Si wafer 기판을 사용하였다. 원형자석은 도 7의 (a) 및 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 배치하여 각각 증착을 진행하였다.

도 7의 (b) 및 도8의 (b)는 각각 도 7의 (a), 도8의 (a)의 원형자석 배치에 따라 제조된 자성 다공체의 사진이다.

도 7의 (b) 및 도8의 (b)를 참조하면, 4개의 원형자석에 의해 Si wafer 기판 상에 원형자석 모양의 자기장이 형성된 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 자기장의 형태에 따라 코발트(Co) 자성입자가 증착되어 배열구조를 형성한 것을 확인할 수 있다. 단, 도 8의 (b)의 경우, Si wafer 기판의 테두리에 수직하게 증착된 배열구조를 발견할 수 있는데, 이는 도 7의 (b)의 경우와 비교하여 일부 원형자석의 극 방향이 서로 일치하지 않고 반대되어 기판 상에 형성된 자기장의 형태가 변하였기 때문인 것으로 판단된다. 또한, Si wafer의 결과가 유리기판의 결과와 다른 것은 증발증착을 통한 나노입자의 증착효율이 기판이 냉각될수록 높아지기 때문이다. 열전도율이 높아 냉각효율이 높은 Si wafer의 경우 기판 전체에 증착이 되기 용이하기 때문에 위치별 자기장 차이로 인한 증착량 차이가 상대적으로 감속하게 되므로, 유리기판 대비 자기장으로 인한 효과가 감소하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 자성 다공체
11 : 자성입자
20 : 기판
21 : 제 1면
22 : 제 2면
30 : 자기장 발생물체
40 : 자성물질
50 : 강자성체로 이루어진 패턴층
310 : 유리 기판
320 : 원형자석
330 : 철판

Claims

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기판의 제 1면에 자기장을 형성하는 단계;
제 1 자성물질로부터 제 1 자성입자를 생성하는 단계;
상기 제 1 자성입자가 상기 제 1면의 반대면인 상기 기판의 제 2면에 증착되어 제 1 자성 다공체를 형성하는 단계;
상기 제 1면에 형성된 자기장을 변화시키는 단계; 및
제 2 자성물질로부터 생성된 제 2 자성입자가 상기 제 2면에 증착되어 상기 제 1 자성 다공체 상에 제 2 자성 다공체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 자성입자 및 상기 제 2 자성입자가 상기 제 2면에 증착될 때 상기 제 1면에 형성된 자기장에 의해 배열되어 증착되고, 상기 제 1 자성 다공체 및 상기 제 2 자성 다공체는 서로 다른 배열구조를 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 자성입자가 상기 기판의 제2면에 증착되어 제1 자성 다공체를 형성하는 단계는, 열증착법 또는 스퍼터링법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2 자성입자가 상기 제1 자성 다공체 상에 제2 자성 다공체를 형성하는 단계는, 열증착법 또는 스퍼터링법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 자성 다공체의 제조방법.
제 14항에 있어서,
상기 제 1 자성물질 및 상기 제 2 자성물질은 서로 다른 물질인 것을 특징으로 하는 3차원 자성 다공체의 제조방법.