KR102130665B1 - Method of manufacturing mold for superhydrophobic material, superhydrophobic material and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법에 있어서, 몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합하는 단계와; 리소그래피를 통해 상기 포토레지스트를 감광하여 감광 마이크로 패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성하는 단계와; 상기 제1양극산화층을 식각 제거하여 상기 감광 마이크로 패턴보다 깊게 함몰되며 나노시드를 포함하는 양극산화 마이크로 패턴을 형성하는 단계와; 나노시드를 포함하는 상기 양극산화 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 양극산화 나노 패턴을 포함하는 제2양극산화층을 형성하는 단계와; 나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴을 식각하여 상기 나노기공의 직경 및 함몰 깊이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 양극산화 마이크로 패턴을 얻기 위해 식각 및 양극산화하는 단계 중 식각하는 단계를 거치지 않아 공정이 단순해지며 이를 통해 제조비용 및 제조시간을 줄일 수 있으며, 또한 양극산화를 이용하여 포토레지스트와 금속 간의 결합력이 유지되며, 양극산화 시간을 조절을 통해 마이크로 패턴의 깊이를 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention provides a super water-repellent mold manufacturing method, a super-water-repellent material using the super-water-repellent mold, and a method of manufacturing the same, comprising: bonding a photoresist to a metal surface for a mold; Forming a photosensitive micro pattern by photosensitive the photoresist through lithography; Forming a first anodized layer through anodization on the photosensitive micro pattern; Etching the first anodized layer to form an anodized micropattern that is deeper than the photosensitive micropattern and includes nanoseeds; Forming a second anodized layer comprising an anodized nano pattern through anodization on the anodized micro pattern including nano seeds; It is a technical summary to include the step of adjusting the diameter and the depression depth of the nanopores by etching the anodized nanopattern made of nanopores. This simplifies the process by not performing an etching step among the steps of etching and anodizing to obtain an anodized micro pattern, thereby reducing manufacturing cost and manufacturing time, and also using anodization between photoresist and metal. The bonding strength is maintained, and an effect capable of increasing the depth of the micro pattern can be obtained by controlling the anodization time.

Description

초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법 {Method of manufacturing mold for superhydrophobic material, superhydrophobic material and method of manufacturing the same}Method for manufacturing super water-repellent mold, material for super water-repellent using super-water-repellent mold, and method for manufacturing same {Method of manufacturing mold for superhydrophobic material, superhydrophobic material and method of manufacturing the same}

본 발명은 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극산화 마이크로 패턴을 얻기 위해 식각 및 양극산화하는 단계 중 식각하는 단계를 거치지 않아 공정이 단순해지며 이를 통해 제조비용 및 제조시간을 줄일 수 있는 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a super water-repellent mold, a material for super-water-repellent using a super-water-repellent mold, and a method for manufacturing the same, and more specifically, a process without etching during the etching and anodizing to obtain an anodized micro pattern The present invention relates to a method for manufacturing a super-water-repellent mold, a material for a super-water-repellent using a super-water-repellent mold, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 금속, 세라믹, 고분자 등과 같은 고체의 표면은 그 물질 고유의 표면 에너지를 가지고 있어, 표면 위에 물이나 기름 등과 같은 액체를 묻힐 경우 고체 표면과 액체 사이에 접촉각(Contact angle)으로 그 표면에너지를 반영하게 된다. 접촉각이 90°이하이면 액체가 고체 표면 위에서 퍼져 표면을 액체로 젖게 만드는 특징인 친수성과 우수한 습윤성(Wettability)을 나타내고, 접촉각이 90°이상이면 구 형상의 액체 방울이 고체 표면을 적시지 않고 구 형상을 계속 유지하는 특징인 발수성을 나타낸다. 또한 접촉각이 150°이상이면 구 형상의 액체 방울이 고체 표면에서 격퇴성을 띄어 고체의 표면에 정지된 상태로 있지 못하고 구르다가 떨어지는 초발수성을 나타낸다. 이때 고체의 표면에서 구르는 액체 방울은 구르면서 고체 표면에 부착된 먼지와 같은 오염물과 함께 떨어지므로, 자발적으로 표면을 세척하는 자가세정특성이 부가적으로 나타나게 된다. 이와 같은 초발수성의 대표적인 예는 연잎 표면에 물방울이 맺히지 않고 구 형상으로 유지하면서 표면 위를 구르다가 떨어지는 로투스 효과(Lotus effect)가 있다.In general, the surface of a solid such as a metal, ceramic, polymer, etc. has a surface energy inherent to the material, and when a liquid such as water or oil is deposited on the surface, the surface energy is determined by a contact angle between the solid surface and the liquid. To reflect. When the contact angle is 90° or less, the liquid spreads on the solid surface and shows hydrophilicity and excellent wettability, which makes the surface wet with the liquid. When the contact angle is 90° or more, the spherical liquid droplet does not wet the solid surface and forms a spherical shape. It exhibits water repellency, which is a characteristic that is maintained. In addition, when the contact angle is 150° or more, the spherical liquid droplet exhibits repelling properties on the solid surface, and does not remain stationary on the surface of the solid. At this time, the liquid drop rolling on the surface of the solid rolls and falls together with contaminants such as dust attached to the solid surface, so that the self-cleaning characteristic of spontaneously washing the surface additionally appears. A representative example of such super water repellency is the Lotus effect, which rolls on the surface while falling on the surface of the lotus leaf without condensation.

초발수성을 나타내는 표면은 로투스 효과 이외에도 비결빙, 비젖음, 비응결, 비부식, 항박테리아 성질을 부여하여 무지문 디스플레이 판넬, 자가세정 빌딩 창호, 자가세정 비닐하우스, 자가세정 태양전지 보호필름, 부식 및 결빙방지용 각종 교랑 표면, 부식 및 결빙방지용 수송관과 배관의 내외벽, 비결빙 항공기 동체와 날개, 자가세정과 비결빙 자동차체, 따깨비 및 각종 해초류 서식 방지용 선박 바디, 얼음이나 눈이 필요하지 않은 스케이트장과 스키장 등 그 활용 분야가 매우 넓은 다기능성 소재기술이다.In addition to the lotus effect, non-freezing, non-wetting, non-condensing, non-corrosive, and antibacterial properties are given to the surface that exhibits super water repellency, so it is a fingerprint-free display panel, self-cleaning building window, self-cleaning vinyl house, self-cleaning solar cell protective film, corrosion And various corridor surfaces to prevent freezing, inner and outer walls of transport pipes and pipes to prevent corrosion and freezing, non-frozen aircraft body and wings, self-cleaning and non-freezing automobile bodies, toes, and ship bodies to prevent various seaweed habitat, ice or snow It is a versatile material technology that has a wide range of applications such as skating rinks and ski fields.

이러한 초발수성과 자가세정효과를 동시에 가지는 로투스 효과는 표면에너지가 적은 발수재료의 표면이 마이크로 사이즈의 요철구조와 나노 사이즈의 요철구조가 혼재된 미시구조의 표면을 가질 때 나타나는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 고체 표면이 미시적 사이즈의 요철 구조를 가지면 접촉각이 변하게 되는데, 이는 친수성 표면이나 발수성 표면 모두에서 접촉각이 증가하여 나타난다. 따라서 발수 표면이 미시적으로 거칠어질수록 발수 특성이 증가하는데, 이는 공기가 미시구조 내에 포획되어 액체와 고체 표면 사이의 접촉면적을 감소시키기 때문이다. 즉, 물방울이 연잎 위에 놓였을 때, 미시구조에 포획된 공기는 표면 전체가 습윤되는 것을 막아 미시구조 표면의 단부와 같이 아주 적은 면적만이 물방울과 접촉하도록 한다. 이러한 현상은 물과 공기 간의 계면을 확대시키나 고체 표면과 물방울 간의 계면은 최소화함으로써 접촉을 통하여 물방울의 표면 확대를 위한 에너지를 전혀 공급하지 않으므로 물이 퍼지지 않고 구 형상을 갖도록 하는 원리이다. It is known that the lotus effect having both super water repellency and self-cleaning effect appears when the surface of the water-repellent material having little surface energy has a micro-structured surface with a micro-structured and nano-scaled structure. In general, when a solid surface has an uneven structure of a microscopic size, the contact angle changes, which is caused by an increase in the contact angle on both a hydrophilic surface and a water-repellent surface. Therefore, as the water-repellent surface becomes microscopically rough, the water-repellent property increases because air is trapped in the micro-structure to reduce the contact area between the liquid and solid surfaces. That is, when water droplets are placed on the lotus leaf, the air trapped in the microstructure prevents the entire surface from getting wet, so that only a very small area, such as the end of the microstructure surface, comes into contact with the water droplets. This phenomenon expands the interface between water and air, but minimizes the interface between the solid surface and water droplets, so it does not supply any energy for expanding the surface of water droplets through contact, so that water does not spread and has a spherical shape.

따라서 물과 고체 표면 간의 접촉각은 전적으로 물의 표면장력에 의존한다. 접촉각과 고체 표면의 기하학적인 구조 사이의 상관관계는 Cassie-Baxter 모델과 Wenzel 모델이 혼합된 식 :Therefore, the contact angle between the water and the solid surface is entirely dependent on the surface tension of the water. The correlation between the contact angle and the geometry of the solid surface is a mixture of Cassie-Baxter and Wenzel models:

cosθrc = rf cosθ + f -1cosθrc = rf cosθ + f -1

로 나타낼 수 있다. 여기서 r은 수직으로 투영된 고체 표면 - 액체 방울 간 접촉면적에서 액체 방울-공기와의 접촉면적을 제외한 실제 고체 표면-액체 방울 간의 접촉면적 비이고, θrc는 거친 표면에서의 겉보기 접촉각이고, θ는 평평한 고체 표면에서의 접촉각이고, f는 고체 표면 분율 즉 액체 방울의 전체 접촉면적에서 공기와의 접촉면적을 제외한 실제로 고체 표면과 접촉한 면적의 전체 접촉면적에 대한 비율이다.Can be represented as Where r is the ratio of the contact area between the actual solid surface-liquid droplets minus the vertically projected solid surface-liquid droplet contact area minus the liquid droplet-air contact area, θrc is the apparent contact angle on the rough surface, and θ is The contact angle on a flat solid surface, f is the fraction of the solid surface fraction, ie the total contact area of the liquid droplets, to the total contact area of the area actually in contact with the solid surface minus the contact area with air.

이러한 초발수 표면은 발수 표면 위에 미시적 사이즈의 표면구조를 형성하거나 미시적 사이즈의 거칠기를 갖는 표면에 발수성 막을 코팅하거나, 거친 표면구조를 형성하면서 동시에 물질의 표면에너지를 낮추는 방법을 사용하여 제조할 수 있는데, 현재까지 이 초발수 표면 제조를 위하여 무수히 많은 방법이 개발되어 왔다. 이러한 방법들 중에는 알루미늄 금속 표면을 양극산화할 경우 형성되는 수 내지 수백 nm 사이즈의 나노 기공이 정렬된 나노구조를 이용하여 초발수에 적합한 나노구조를 갖는 몰드를 제조하며, 이를 이용하여 발수재료에 나노표면구조를 제조함으로써 초발수 재료를 제조하고자 하는 방법들이 개발되고 있다.Such a super water-repellent surface can be produced by forming a microscopic-sized surface structure on a water-repellent surface, coating a water-repellent film on a surface having a micro-sized roughness, or forming a rough surface structure while simultaneously lowering the surface energy of a material. , To date, a myriad of methods have been developed for the preparation of this super water-repellent surface. Among these methods, a mold having a nanostructure suitable for super water repellency is manufactured by using nanostructures in which nano-pores having a size of several to several hundreds nm are formed when anodizing an aluminum metal surface, and nano-sized water-repellent materials are used therewith. Methods for manufacturing super water-repellent materials by manufacturing surface structures have been developed.

종래기술인 US20090011222A1 특허는 알루미늄 금속 표면을 양극산화하여 제조한 60 내지 70nm의 나노 기공이 배열된 나노구조 표면을 얻은 후, 상부에 PFOS 처리를 함으로써 175.6°의 접촉각과 5°의 접촉각 이력을 얻었다고 보고하고 있다. 그러나 이는 1000 시간의 QUV 테스트 후에는 120 내지 130°의 접촉각으로 감소하였다고 기재되어 있다.The prior art US20090011222A1 patent reports that an anodized aluminum metal surface was obtained to obtain a nanostructured surface in which nanopores of 60 to 70 nm were arranged, followed by PFOS treatment on the top to obtain a contact angle of 175.6° and a contact angle of 5°. Doing. However, it is stated that after 1000 hours of QUV testing, it decreased to a contact angle of 120 to 130°.

US7,393,391B2 특허는 알루미늄 금속 표면을 2단계 양극산화법으로 양극산화하여 제조한 50 내지 150nm의 나노 기공이 배열된 나노구조 표면을 얻은 후 이를 기판에서 분리하여 일면은 50 내지 300nm 두께의 플라즈마 중합 플루오르카본막을 형성함으로써 접촉각이 140°이상인 발수표면을 형성하였고, 타면은 형성된 그대로에서 접촉각이 10°이하인 친수 표면을 얻었다고 기재되어 있다.The US7,393,391B2 patent obtains a nanostructured surface with 50 to 150nm nanopores arranged by anodizing an aluminum metal surface by a two-step anodization method, and then separates it from the substrate, and one side is 50 to 300nm thick plasma polymerized fluorine It is described that a water-repellent surface having a contact angle of 140° or more was formed by forming a carbon film, and a hydrophilic surface having a contact angle of 10° or less was obtained as the other surface was formed.

US20090260702A1, US20100028615A1 및 US20100126873A1 특허는 초발수 표면의 제조를 위하여 판상이나 원통형의 알루미늄 표면에 입자분무기를 사용하여 50 내지 150 마이크론 사이즈의 모래입자를 쏘아 마이크론 사이즈의 요철을 표면에 만든 다음, 이 표면을 양극산화함으로써 나노 사이즈의 기공이 존재하도록 하여 미세구조와 나노구조가 혼재하는 표면을 만들었다. 이를 몰드로 사용하여 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 등의 발수 재료에 표면 복사를 함으로써 접촉각 165°의 초발수성을 부여하였다고 보고하였다.US20090260702A1, US20100028615A1, and US20100126873A1 patents use a particle sprayer on a plate or cylindrical aluminum surface for the production of super water-repellent surfaces to make sand particles of 50 to 150 microns in size to make micron-sized irregularities on the surface, and then anodize this surface By oxidizing, nano-sized pores are present to create a surface in which microstructures and nanostructures are mixed. It has been reported that by using this as a mold, surface radiation was applied to water-repellent materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE) to impart superhydrophobicity with a contact angle of 165°.

US20090194914A1 및 US20100243458A1 특허는 초발수성 표면 제조가 목적이 아닌 비반사(Anti-reflection) 제품 제조를 위한 스탬프 또는 몰드와 그 제조방법에 관한 특허로서, 실린더형의 알루미늄 금속 표면을 2단계 양극산화법으로 양극산화하여 제조한 다음 화학적 에칭법과 보다 낮은 인가전압을 사용하는 양극산화법을 혼용하여 곤충의 눈과 같은 구조를 갖는 몰드를 제조하였다.US20090194914A1 and US20100243458A1 patents are patents related to stamps or molds for manufacturing anti-reflection products for which superhydrophobic surfaces are not intended, and their manufacturing methods, anodizing a cylindrical aluminum metal surface with two-step anodization Then, a chemical etching method and an anodization method using a lower applied voltage were mixed to prepare a mold having an insect-like structure.

그러나 우수한 초발수성을 위해서는 미세구조와 나노구조 혼재되어 있는 미시표면을 갖는 것이 바람직한데, 상술한 종래기술들은 마이크로 구조의 제조를 위한 기술은 언급하지 않은 채 양극산화를 이용하여 나노구조를 만든 후 상부에 발수성 고분자 재료를 코팅함으로써 초발수성이 아닌 우수한 발수성을 갖는 표면을 제조하는 기술이다. 또한 초발수 표면 재료의 대량생산을 위한 몰드 제조기술로서는 미세구조를 만든 기술 없이 오직 나노구조 표면만으로 그 표면을 형성함으로써, 발수 성능이 우수하지 못한 기술이거나, 양극산화를 통하여 나노구조를 형성하기 전에 미세구조의 제조를 위해 모래와 같은 입자를 입자분무기로 쏘아 미세구조를 만드는 기술이다. 이러한 기술은 미세구조가 균일하지 않을 뿐만 아니라 표면에 수직하게 자라는 특성과 함몰된 표면에 우선적으로 자라는 특성을 갖는 나노 기공 분포의 균일성도 낮아지고, 기공도 여러 가지 각도로 성장하게 되어 성형체 리플리카를 탈형할 경우 탈형이 용이하지 않는 단점이 있다.However, for excellent super water repellency, it is desirable to have a microscopic surface in which microstructures and nanostructures are mixed, and the above-described prior arts make nanostructures using anodization without mentioning the technology for the production of microstructures, and then upper It is a technology for producing a surface having excellent water repellency, not super water repellency, by coating a water repellent polymer material on it. In addition, as a mold manufacturing technology for mass production of super water-repellent surface materials, the technology is not excellent in water-repellent performance by forming the surface with only the nano-structured surface without the technology of making a micro-structure, or before forming the nano-structure through anodization. It is a technology to make fine structures by shooting particles such as sand with a particle sprayer for the production of fine structures. This technology not only has a non-uniform microstructure, but also has a uniformity in the nano-pore distribution, which has the property of growing perpendicularly to the surface and preferentially growing on the recessed surface, and the pores grow at various angles, thereby forming a replica of the molded body. There is a disadvantage that demoulding is not easy when demoulding.

그리고 초발수성은 미세구조와 나노구조가 혼재해 있는 표면 이외에 마이크로 사이즈의 미세구조만으로 형성된 표면에서도 나타나는 것으로 보고되고 있는데, 이 경우 미세구조에 나노구조가 혼재하도록 만들면 물접촉각과 물접촉각 이력 특성이 괄목할만하게 증가하는 것으로 알려져 있다. 통상적으로 미세구조를 제조하기 위해서는 리소그래피 기술을 이용하여 제조하는데, 리소그래피 기술 중 가장 값싼 방법이 UV광을 이용하여 UV리소그래피 기술이다. UV리소그래피 기술 니켈(Ni)이나 크롬(Cr) 등의 금속을 위해서는 잘 발달되어 있으나, 알루미늄(Al)을 위해서는 개발이 미미한 실정이다. In addition, superhydrophobicity is reported to appear on surfaces formed only of micro-sized microstructures in addition to surfaces where microstructures and nanostructures are mixed. In this case, when nanostructures are mixed in microstructures, water contact angle and water contact angle hysteresis are remarkable. It is known to increase significantly. In general, in order to manufacture a microstructure, it is manufactured using a lithography technique, and the cheapest method of the lithography technique is a UV lithography technique using UV light. UV lithography technology Although it is well developed for metals such as nickel (Ni) or chromium (Cr), development for aluminum (Al) is insignificant.

UV리소그래피에 의한 알루미늄 표면의 패터닝은 아마이크론(Sub-micron) 사이즈의 미세패턴을 제조하기 위한 것으로 수 내지 수십 마이크론 사이즈의 마이크로 패턴을 제조에는 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 이와 같은 방법은 1) 리소그래피 이후 2) 식각법으로 미세구조를 형성하고, 3) 미세구조의 기공 또는 홀을 비교적 잘 정렬시키기 위해 오랫동안 양극산화를 시행한 후, 4) 이를 다시 식각하여 양극산화에 형성된 알루미나 층을 제거하고, 5) 아래로 볼록한 나노 사이즈의 시드(Seed)가 배열된 면을 얻는 다음, 6) 일정 시간의 양극산화 및 식각을 시행함으로써 나노 기공 또는 홀이 정렬된 임프리팅 몰드를 제조하였다. 하지만 이와 같은 방법으로 몰드를 제조할 경우 단계가 많아 몰드를 제조하는 공정이 복잡하며, 시간 및 재료가 많이 소모되어 몰드 제작 공정이 비효율적인 문제점이 있었다. 또한 리소그래피 이후 식각을 통해 미세구조를 형성할 때, 식각을 위해 사용되는 식각용액에 의해 포토레지스트와 알루미늄 간의 결합력이 약해지고 표면 사이의 틈으로 불균일하게 침투하여 불균일한 미세구조를 얻을 뿐만 아니라, 오랜 시간 식각이 불가능하기 때문에 미세구조의 깊이가 한계가 있다는 문제점이 있다.Patterning of aluminum surfaces by UV lithography is intended to produce sub-micron-sized micropatterns and is known to be unsuitable for manufacturing micro-patterns of several to several tens of microns in size. Such a method is 1) after lithography 2) forming a microstructure by etching, 3) after anodizing for a long time to relatively align the pores or holes of the microstructure, 4) etching it again to anodize After removing the formed alumina layer, 5) obtaining a surface with a convex nano-sized seed arranged thereafter, and 6) performing an anodization and etching for a certain period of time to form a nanoporous or hole-aligned imprinting mold. Was prepared. However, in the case of manufacturing the mold in this way, the process of manufacturing the mold is complicated due to the large number of steps, and the mold manufacturing process is inefficient due to the time and material consumption. In addition, when forming a microstructure through etching after lithography, the bonding force between the photoresist and aluminum is weakened by the etching solution used for etching, and it penetrates into the gap between the surfaces unevenly to obtain an uneven microstructure, as well as a long time Since etching is impossible, there is a problem that the depth of the microstructure is limited.

미국특허청 공개특허공보 US 20090011222 A1 (공개일자 2009년 1월 8일)United States Patent Office Publication Patent Publication US 20090011222 A1 (published on January 8, 2009) 미국특허청 공고특허공보 US 7,393,391 B2 (공고일자 2008년 7월 1일)US Patent Office Publication Patent Publication US 7,393,391 B2 (Announcement date of July 1, 2008) 미국특허청 공개특허공보 US 20090260702 A1 (공개일자 2009년 10월 22일)United States Patent Office Publication Patent Publication US 20090260702 A1 (published on October 22, 2009) 미국특허청 공개특허공보 US 20100028615 A1 (공개일자 2010년 2월 4일)United States Patent Office Publication Patent Publication US 20100028615 A1 (published February 4, 2010) 미국특허청 공개특허공보 US 20100126873 A1 (공개일자 2010년 5월 27일)United States Patent Office Publication Patent Publication US 20100126873 A1 (published on May 27, 2010)

따라서 본 발명의 목적은 양극산화 마이크로 패턴을 얻기 위해 식각 및 양극산화하는 단계 중 식각하는 단계를 거치지 않아 공정이 단순해지며 이를 통해 제조비용 및 제조시간을 줄일 수 있는 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to simplify the process by not performing an etching step of etching and anodizing in order to obtain an anodized micro-pattern, thereby making a super water-repellent mold manufacturing method and super water-repellent capable of reducing manufacturing cost and manufacturing time. It is to provide a material for super water repellent using a mold and a method for manufacturing the same.

또한 양극산화를 이용하여 포토레지스트와 금속 간의 결합력이 유지되며, 양극산화 시간을 조절을 통해 마이크로 패턴의 깊이를 증가시킬 수 있는 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법를 제공하는 것이다.In addition, by using anodization, the bonding force between the photoresist and the metal is maintained, and the method for manufacturing a super water-repellent mold that can increase the depth of a micro pattern by adjusting the anodization time, and a material for the super-water-repellent material using the super-water-repellent mold and a method for manufacturing the same Is to provide.

상기 목적은, 몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합하는 단계와; 리소그래피를 통해 상기 포토레지스트를 감광하여 감광 마이크로 패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성하는 단계와; 상기 제1양극산화층을 식각 제거하여 상기 감광 마이크로 패턴보다 깊게 함몰되며 나노시드를 포함하는 양극산화 마이크로 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법에 의해 달성된다.The above object comprises the steps of bonding a photoresist to a metal surface for a mold; Forming a photosensitive micro pattern by photosensitive the photoresist through lithography; Forming a first anodized layer through anodization on the photosensitive micro pattern; It is achieved by a method for manufacturing a super water-repellent mold comprising removing the first anodized layer by etching to form an anodized micro pattern that is deeper than the photosensitive micro pattern and includes nano seeds.

여기서, 상기 양극산화 마이크로 패턴을 형성하는 단계 이후에, 나노시드를 포함하는 상기 양극산화 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 양극산화 나노 패턴을 포함하는 제2양극산화층을 형성하는 단계와; 나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴을 식각하여 상기 나노기공의 직경을 조절하는 단계와; 나노 기공의 모양을 조절하기 위하여 양극산화 및 식각을 여러 번 반복하는 단계를 포함하며, 상기 제2양극산화층 이후의 양극산화층을 형성하는 단계는 상기 제1양극산화층을 형성하는 단계보다 짧은 시간 내에 이루어지는 것이 바람직하다.Here, after the step of forming the anodized micro-pattern, forming a second anodized layer containing an anodized nano-pattern through anodization in the anodized micro-pattern containing nano-seed; Adjusting the diameter of the nanopores by etching the anodized nanopattern made of nanopores; And repeating anodization and etching several times to control the shape of the nanopores, and forming the anodization layer after the second anodization layer is performed within a shorter time than forming the first anodization layer. It is preferred.

또한, 상기 양극산화 나노 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 몰드용 금속의 강도 향상을 위해 Ni, W, SiC, SiN, AlN 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 상기 몰드용 금속 표면에 코팅하는 단계를 더 포함하거나, 상기 몰드용 금속으로부터 초발수용 고분자 재료의 탈착성 향상을 위해 상기 몰드용 금속에 이형성 막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, after the step of forming the anodized nano pattern, a material selected from the group consisting of Ni, W, SiC, SiN, AlN and mixtures thereof is coated on the metal surface for the mold to improve the strength of the metal for the mold. It is preferable to further include a step, or to further include a step of coating a release film on the mold metal to improve desorption of the polymer material for super water repellency from the mold metal.

상기 양극산화 마이크로 패턴은 반구 형상으로 형성되며, 상기 양극산화 나노 패턴은 상기 양극산화 마이크로 패턴의 반구 형상 내부에 아래로 볼록한 원기둥 형상 또는 단부가 뾰족한 원뿔 형상 등의 여러 형상으로 형성되며, 상기 나노 기공은 그 목적에 따라 직경과 깊이의 비율이 1 : 0.1 내지 1 : 10인 것이 바람직하다.The anodized micro-pattern is formed in a hemispherical shape, and the anodized nano-pattern is formed in various shapes such as a convex cylindrical shape or a conical shape with a pointed end inside the hemispherical shape of the anodized micro-pattern. It is preferable that the ratio of the diameter and the depth is 1: 0.1 to 1: 10 depending on the purpose.

상기 목적은, 몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합하는 단계와; 리소그래피를 통해 상기 포토레지스트를 식각하여 감광 마이크로 패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성하는 단계와; 상기 제1양극산화층을 제거하여 상기 감광 마이크로 패턴보다 깊게 함몰되며 나노시드를 포함하는 양극산화 마이크로 패턴을 형성하는 단계와; 상기 양극산화 마이크로 패턴이 형성된 몰드에 고분자 수지를 코팅 및 탈형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법에 의해서도 달성된다.The above object comprises the steps of bonding a photoresist to a metal surface for a mold; Forming a photosensitive micro pattern by etching the photoresist through lithography; Forming a first anodized layer through anodization on the photosensitive micro pattern; Removing the first anodized layer to form an anodized micropattern that is deeper than the photosensitive micropattern and includes a nanoseed; It is also achieved by a method for producing a super water-repellent material using a super-water-repellent mold, characterized in that it comprises the step of coating and demolding a polymer resin in a mold on which the anodized micro pattern is formed.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 양극산화 마이크로 패턴을 얻기 위해 식각 및 양극산화하는 단계 중 식각하는 단계를 거치지 않아 공정이 단순해지며 이를 통해 제조비용 및 제조시간을 줄일 수 있으며, 또한 양극산화를 이용하여 포토레지스트와 금속 간의 결합력이 유지되며, 양극산화 시간을 조절을 통해 마이크로 패턴의 깊이를 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the above-described configuration of the present invention, the process is simplified by not performing an etching step among the steps of etching and anodizing to obtain an anodized micro pattern, thereby reducing manufacturing cost and manufacturing time, and also using anodizing. By maintaining the bonding force between the photoresist and the metal, it is possible to obtain an effect of increasing the depth of the micro pattern by controlling the anodization time.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초발수용 몰드 제조방법의 순서도이고,
도 2는 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법의 순서도이고,
도 3은 초발수용 재료 제조방법의 개념도이고,
도 4는 리소그래피를 위한 네거티브 포토마스크의 광학사진이고,
도 5는 도 4의 포토마스크를 사용하여 제조한 감광 마이크로 패턴의 FE-SEM 사진이고,
도 6은 도 5의 표면을 양극산화하여 제조한 제1양극산화층 표면의 FE-SEM 사진이고,
도 7은 도 6의 제1양극산화층을 제거한 후 나노시드가 표면에 새겨진 양극산화 마이크로 패턴 표면의 FE-SEM 사진이고,
도 8은 양극산화와 식각 공정을 반복하여 형성된 원뿔 형상의 양극산화 나노 패턴 단위 셀이 새겨진 반구 형상의 양극산화 마이크로 패턴 단위 셀의 정렬을 보여주는 제2양극산화층 표면의 FE-SEM 사진이고,
도 9는 도 8의 양극산화 마이크로 패턴에 새겨진 양극산화 나노 패턴을 확대한 FE-SEM 사진이고,
도 10은 몰드를 이용해 제조한 PMMA 고분자 초발수 재료의 표면 FE-SEM 사진 및 물접촉각을 측정한 사진이고,
도 11은 몰드를 이용해 제조한 PC 고분자 초발수 재료의 표면 FE-SEM 사진 및 물접촉각을 측정한 사진이다.
1 is a flow chart of a method for manufacturing a super water-repellent mold according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a flow chart of a method for manufacturing a super water-repellent material using a super water-repellent mold,
3 is a conceptual diagram of a method for manufacturing a super water-repellent material,
4 is an optical photograph of a negative photomask for lithography,
5 is an FE-SEM photograph of a photosensitive micro pattern manufactured using the photomask of FIG. 4,
6 is an FE-SEM photograph of the surface of the first anodized layer prepared by anodizing the surface of FIG. 5,
FIG. 7 is an FE-SEM photograph of an anodized micro pattern surface in which nano seeds are engraved on the surface after removing the first anodized layer of FIG. 6;
8 is an FE-SEM photograph of the surface of the second anodized layer showing the alignment of the hemisphere-shaped anodized micro-patterned unit cells engraved with a conical anodized nano-patterned unit cell formed by repeating anodization and etching processes,
9 is an enlarged FE-SEM photograph of the anodized nano pattern engraved on the anodized micro pattern of FIG. 8,
10 is a photograph of the surface FE-SEM photo and water contact angle of the PMMA polymer super water-repellent material prepared using a mold,
FIG. 11 is a photograph of the surface FE-SEM photograph and the water contact angle of a PC polymer superhydrophobic material manufactured using a mold.

이하 본 발명의 실시예에 따른 초발수용 몰드 제조방법, 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 및 그 제조방법을 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a super-water-repellent mold according to an embodiment of the present invention, a material for super-water-repellent using the super-water-repellent mold, and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

먼저, 초발수용 몰드를 제조하는 방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이 몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합한다(S1).First, as a method of manufacturing a super water-repellent mold, a photoresist is bonded to a metal surface for a mold as shown in FIG. 1 (S1).

여기서 몰드(mold)용 금속은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈럼(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직한데, 그 중 가격이 저렴하며 양극산화가 용이한 알루미늄이 가장 바람직하다. 경우에 따라서 몰드용 금속에 구리(Cu), 망가니즈(Mn), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 리튬(Li), 바나듐(V), 몰리브데늄(Mo), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 탄소(C), 산소(O) 원소 중 적어도 하나를 추가로 혼합할 수도 있다. 이와 같은 원소를 추가할 경우 몰드용 금속의 강도를 제어할 수 있다. 또한 몰드용 금속은 평판 또는 롤(roll)형으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the metal for the mold is from the group consisting of aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), hafnium (Hf), niobium (Nb), zirconium (Zr), and mixtures thereof. It is preferable to select, among which aluminum is the most preferable because of its low cost and easy anodization. In some cases, the metal for the mold is copper (Cu), manganese (Mn), silicon (Si), chromium (Cr), lithium (Li), vanadium (V), molybdenum (Mo), gallium (Ga), At least one of germanium (Ge), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), carbon (C), and oxygen (O) elements may be further mixed. When such an element is added, the strength of the metal for the mold can be controlled. In addition, the metal for the mold is preferably made of a flat plate or a roll (roll) type.

몰드용 금속의 상부에 도 3에 도시된 바와 같이 포토레지스트(Photoresist)를 결합하게 되는데, 포토레지스트는 일반적으로 사용되는 모든 포토레지스트를 사용 가능하며 특별히 한정되지는 않는다.A photoresist is bonded to the mold metal as shown in FIG. 3, and any photoresist that is generally used may be used and is not particularly limited.

경우에 따라서 몰드용 금속과 포토레지스트 사이에 오염물이 부착되지 않도록 몰드용 금속 표면을 세정 및 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 몰드용 금속 표면은 알코올, 아세톤 또는 왕수를 이용하여 세정하며, 연마하는 단계는 기계연마 또는 전해연마를 통해 이루어질 수 있다. 연마하는 단계를 통해 몰드용 금속 표면은 0.1nm 내지 10㎛의 거칠기를 갖는 것이 바람직하다.In some cases, the metal surface for the mold may be further cleaned and polished so that no contaminants adhere between the metal for the mold and the photoresist. Here, the metal surface for the mold is cleaned using alcohol, acetone or aqua regia, and the polishing step may be performed through mechanical polishing or electrolytic polishing. It is preferable that the metal surface for the mold has a roughness of 0.1 nm to 10 μm through the polishing step.

포토레지스트를 감광하여 감광 마이크로 패턴을 형성한다(S2).The photoresist is photosensitive to form a photosensitive micro pattern (S2).

포지티브 포토마스크(positive photomask) 또는 네거티브 포토마스크(negative photomask)를 포토레지스트의 상부에 배치하고, 리소그래피(lithography)를 통해 원하는 감광 마이크로 패턴을 형성하도록 포토레지스트를 감광한다. 여기서 리소그래피는 UV광, 전자빔(electron beam) 방식을 통해 가능하나, 그 중 가격 대비 고성능인 UV광 리소그래피를 사용하는 것이 가장 바람직하다.A positive photomask or negative photomask is placed on top of the photoresist, and the photoresist is photosensitive to form a desired photosensitive micropattern through lithography. Here, lithography is possible through a UV light or an electron beam method, but it is most preferable to use UV light lithography, which is high in cost-performance.

리소그래피를 통해 포토레지스트를 감광하면, 감광된 위치에는 포토레지스트가 제거되고 몰드용 금속이 노출된다. 이 영역을 감광 마이크로 패턴이라고 한다. When the photoresist is photosensitive through lithography, the photoresist is removed at the photosensitive position and the metal for the mold is exposed. This area is called a photosensitive micro pattern.

감광 마이크로 패턴에 제1양극산화층을 형성한다(S3).A first anodization layer is formed on the photosensitive micro pattern (S3).

포토레지스트를 제외한 영역에 형성된 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성한다. 종래에는 포토레지스트를 제외한 감광 마이크로 패턴 영역에 양극산화가 아닌 식각을 통해 마이크로 패턴을 깊게 형성하였다. 하지만 이와 같이 식각을 통해 마이크로 패턴을 조절할 경우, 식각 공정에 있어 사용되는 용액이 포토레지스트와 몰드용 금속 사이에 스며들어 이들의 결합을 약하게 하며, 이를 통해 포토레지스트가 분리되어 원하는 패턴의 식각이 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 이는 포토레지스트가 식각 공정에 사용되는 용액에 취약하기 때문에 발생한다.A first anodization layer is formed through anodization on a photosensitive micro pattern formed in a region excluding the photoresist. Conventionally, a micro pattern was deeply formed through etching rather than anodization in a photosensitive micro pattern region excluding photoresist. However, when the micro-pattern is controlled through etching as described above, the solution used in the etching process penetrates between the photoresist and the metal for the mold to weaken their bonding, and through this, the photoresist is separated to etch the desired pattern. There was a problem not to lose. This occurs because photoresists are vulnerable to solutions used in etching processes.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 식각 공정을 제외하고 양극산화를 통해 양극산화 마이크로 패턴을 형성하도록 한다. 식각 공정을 제외하게 되면 식각 용액이 사용되지 않아 포토레지스트와 몰드용 금속 결합이 분리되는 문제의 발생이 지연되며, 포토레지스트에 덜 영향을 주는 양극산화 용액을 사용하기 때문에 오랜 시간 공정이 가능하며 이를 통해 깊이가 깊은 양극산화 마이크로 패턴을 얻을 수 있다. In order to solve this, in the present invention, an anodization micro pattern is formed through anodization except for an etching process. When the etching process is excluded, the occurrence of the problem of separation of the metal bond for the photoresist and the mold is delayed because the etching solution is not used, and the process for a long time is possible because an anodization solution that has less influence on the photoresist is used. Through this, a deep anodized micro pattern can be obtained.

양극산화 마이크로 패턴의 깊이는 양극산화가 진행되는 시간에 의해 결정된다. 즉 양극산화를 오랜 시간 동안 진행하면 양극산화층이 두꺼워져 양극산화 마이크로 패턴의 깊이가 깊어지고, 반대로 양극산화를 짧게 진행하면 상대적으로 깊이가 얕은 양극산화 마이크로 패턴을 얻을 수 있다.The depth of the anodization micro pattern is determined by the time during which the anodization proceeds. That is, when the anodization is performed for a long time, the anodization layer is thickened to deepen the depth of the anodization micro pattern, and when the anodization is short, an anodization micro pattern having a relatively shallow depth can be obtained.

양극산화는 전해질로서 0.01 내지 5M 농도의 인산(Phosphoric acid), 옥살산(Oxalic acid), 황산(Sulfuric acid), 셀렌산(Selenic acid), 말론산(Malonic acid), 아세트산(Acetic acid), 주석산(Tartaric acid), 구연산(Citric acid), 에티드론산(Etidronic acid) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 용액을 사용한다. 양극산화 조건으로는 -50 내지 300℃의 온도를 유지하면서 1 내지 500V의 전압을 1초 내지 1 주일 동안 인가하여 이루어지는 것이 바람직하다. Anodic oxidation is an electrolyte with a concentration of 0.01 to 5 M of Phosphoric acid, Oxalic acid, Sulfuric acid, Selenic acid, Malonic acid, Acetic acid, and Tartrate ( A solution selected from the group consisting of tartaric acid, citric acid, etridonic acid and mixtures thereof is used. The anodizing condition is preferably performed by applying a voltage of 1 to 500V for 1 second to 1 week while maintaining a temperature of -50 to 300°C.

전압을 인가하는 시간은 원하는 양극산화 마이크로 패턴의 깊이에 따라 변경 가능하며, 기본적으로 깊이가 깊은 양극산화 마이크로 패턴을 형성하기 위해서, 또한 추후 잘 정렬된 나노시드를 얻기 위해서는 10시간 이상 양극산화하는 것이 바람직하다.The time for applying the voltage can be changed according to the desired depth of the anodized micro pattern, and basically, anodizing for 10 hours or more is necessary to form a deep anodized micro pattern, and later to obtain a well-ordered nanoseed. desirable.

제1양극산화층을 식각 제거하여 양극산화 마이크로 패턴을 형성한다(S4).The first anodization layer is removed by etching to form an anodization micro pattern (S4).

감광 마이크로 패턴 영역에 형성된 제1양극산화층을 식각용액을 사용하여 전부 제거하면 몰드용 금속에 양극산화 마이크로 패턴이 형성된다. 양극산화 마이크로 패턴은 제1양극산화층의 깊이에 따라 함몰 깊이가 결정되며, 종래의 식각을 통해 패턴을 형성하는 것보다 더욱 깊게 함몰된다. 이 제1양극산화 층의 식각을 위해서는 종래와는 다른 인산 식각용액을 사용하는데, 인산 식각용액은 제1양극산화층 제일 하단의 산화물 배리어 층까지 제거한다. 또한 양극산화 마이크로 패턴에는 양극산화를 통해 형성된 산화물 배리어 층이 제거된 흔적인 나노시드(nano seeds)가 형성된다. 여기서 양극산화 마이크로 패턴은 반구 모양의 단위 셀이 육각으로 정렬된 형상으로 형성되며, 나노시드는 양극산화 마이크로 패턴의 둥근 바닥 영역에 아래 방향을 향하도록 볼록한 반구가 육각으로 정렬된 형상으로 형성된다.When the first anodized layer formed in the photosensitive micro pattern region is completely removed using an etching solution, an anodized micro pattern is formed on the mold metal. The anodization micro pattern has a depth of depression determined according to the depth of the first anodization layer, and is deeper than that of forming a pattern through conventional etching. For the etching of the first anodization layer, a phosphoric acid etching solution different from that of the prior art is used, and the phosphoric acid etching solution is removed to the oxide barrier layer at the bottom of the first anodization layer. In addition, nano seeds, which are traces of the oxide barrier layer formed through anodization, are formed in the anodization micro pattern. Here, the anodized micro pattern is formed in a shape in which hemispherical unit cells are arranged in a hexagonal shape, and the nanoseed is formed in a shape in which convex hemispheres are arranged in a hexagonal shape in a round bottom region of the anodized micro pattern.

제1양극산화층 제거를 통해 형성된 양극산화 마이크로 패턴은 S2 단계에서 형성된 감광 마이크로 패턴보다 2 내지 20배의 길이로 깊게 함몰된다. 즉 양극산화 마이크로 패턴은 0.1 내지 50㎛의 깊이, 0.1 내지 100㎛의 넓이, 0.1 내지 50㎛의 간격으로 함몰되는 것이 바람직하다. 양극산화 마이크로 패턴에서 단위 셀의 깊이가 0.1㎛ 미만일 경우 함몰 깊이가 얕아 초발수 현상을 나타내기 어려우며, 50㎛ 깊이를 초과하도록 양극산화 마이크로 패턴을 형성하기는 어렵다. 그리고 양극산화 마이크로 패턴의 넓이가 100㎛를 초과할 경우 넓이가 너무 넓어 초발수 현상을 나타내기 어렵다. 양극산화 마이크로 패턴 간격은 0.1㎛ 미만일 경우 패턴 간에 간격이 너무 가까우며, 50㎛를 초과할 경우 패턴 간의 간격이 너무 멀어 양극산화 마이크로 패턴을 사용하기 적합하지 않다. 여기서 제1양극산화층이 제거된 후 몰드용 금속에 남아있는 포토레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The anodized micro pattern formed through the removal of the first anodized layer is deeply recessed to a length of 2 to 20 times that of the photosensitive micro pattern formed in step S2. That is, the anodized micro pattern is preferably recessed at a depth of 0.1 to 50 μm, an area of 0.1 to 100 μm, and an interval of 0.1 to 50 μm. When the depth of the unit cell in the anodized micro pattern is less than 0.1 µm, the depression depth is shallow, so it is difficult to exhibit super water repellency, and it is difficult to form the anodized micro pattern to exceed 50 µm depth. In addition, when the area of the anodized micro pattern exceeds 100 μm, it is difficult to exhibit a super water-repellent phenomenon because the area is too wide. When the anodized micro pattern interval is less than 0.1 µm, the gap between the patterns is too close, and when it exceeds 50 µm, the gap between the patterns is too far, so it is not suitable to use the anodized micro pattern. Here, it is preferable to further include the step of removing the photoresist remaining in the mold metal after the first anodization layer is removed.

이와 같이 제1양극산화층을 제거하면 양극산화 마이크로 패턴과 나노시드가 혼재된 표면이 형성되며, 이 자체만으로도 초발수성을 가질 수 있다. 하지만 나노시드 위에 나노 패턴을 추가로 형성함으로써 보다 우수한 초발수성을 실현할 수 있으며, 이를 위해 다음과 같은 과정을 추가로 실시한다.When the first anodization layer is removed in this way, a surface in which anodization micro-patterns and nano-seeds are mixed is formed, and it is possible to have super water repellency by itself. However, by further forming a nano pattern on the nanoseed, superior water repellency can be realized, and the following process is additionally performed for this.

양극산화 마이크로 패턴에 제2양극산화층을 형성한다(S5).A second anodization layer is formed on the anodization micro pattern (S5).

제1양극산화층의 제거를 통해 형성된 양극산화 마이크로 패턴에 S3 단계와 동일한 방법으로 양극산화하여 제2양극산화층을 형성한다. 양극산화 마이크로 패턴에 양극산화를 하게 되면, 양극산화 나노 패턴의 단위 셀인 나노기공은 S4 단계로 형성된 나노시드의 가장 깊은 곳에서 아래를 향하도록 수직하게 자라난다. 이때 나노기공의 길이는 이후 식각공정을 통하여 나노기공의 직경 확대로 인한 나노기공의 최종 직경과 깊이의 비율을 고려하여 양극산화 시간을 조절함으로써 결정한다. S5 단계를 통하여 나노시드의 형상과 배열에 맞춰 양극산화가 되고, 이를 통해 나노시드의 중앙에서 성장된 나노기공들이 육각으로 잘 정렬된 형상의 제2양극산화층이 형성된다. 이때, 보다 잘 정렬된 나노 패턴을 제조하기 위해 S5 단계의 양극산화 조건은 S3 단계의 양극산화 조건과 동일한 것이 바람직하다.The second anodized layer is formed by anodizing the anodized micro pattern formed through the removal of the first anodized layer in the same manner as in step S3. When anodization is performed on the anodized micro pattern, the nanopores, which are unit cells of the anodized nanopattern, grow vertically from the deepest side of the nanoseed formed in S4 to the bottom. At this time, the length of the nanopores is determined by adjusting the anodization time in consideration of the ratio of the final diameter and the depth of the nanopores due to the enlargement of the nanopores through an etching process. Through the S5 step, anodization is performed in accordance with the shape and arrangement of the nanoseed, and through this, a second anodized layer having a shape in which nanopores grown in the center of the nanoseed are well aligned in a hexagon is formed. At this time, it is preferable that the anodization condition of the S5 step is the same as the anodization condition of the S3 step to produce a better aligned nano pattern.

여기서 제2양극산화층은 나노기공의 직경과 깊이 비율은 최종적으로 형성할 몰드의 목적에 따라 달라지는데, 초발수성을 위해서는 주로 10 이하인 것이 바람직하며, 다른 목적을 위해서는 100 이하인 나노기공이 정렬된 양극산화 나노 패턴을 형성하도록 제2양극산화층을 매우 두껍게 형성할 필요가 있다. 즉 제2양극산화층을 형성하기 위한 시간은 1초 내지 1주일 정도가 바람직하다. 양극산화 시간이 1주일을 초과할 경우 나노기공의 직경과 깊이 비율이 너무 커, 이 몰드를 사용하여 초발수용 재료를 제조할 경우 탈형이 어렵다. 또한 탈형이 된다고 하더라도 나노기공을 통해 형성된 나노필러가 서 있지 못하고 누워버려 나노기공을 형성시킨 본래의 목적을 달성하지 못하게 된다. 따라서 양극산화 마이크로 패턴 내에 원하는 직경과 깊이 비율의 기공이 정렬된 양극산화 나노 패턴이 형성되기 위해서는 양극산화 시간을 조절해야 한다.Here, in the second anodization layer, the diameter and depth ratio of the nanopores are different depending on the purpose of the mold to be finally formed. For superhydrophobicity, it is preferable that it is mainly 10 or less, and for other purposes, the anodized nano which nanopores of 100 or less are aligned. It is necessary to form the second anodized layer very thickly to form a pattern. That is, the time for forming the second anodization layer is preferably about 1 second to 1 week. When the anodization time exceeds 1 week, the diameter and depth ratio of the nanopores are too large, and when using this mold to prepare a superhydrophobic material, demoulding is difficult. In addition, even if it is demolded, the nano-pillar formed through the nano-pores does not stand and lie down to achieve the original purpose of forming the nano-pores. Therefore, in order to form anodized nanopatterns in which pores of a desired diameter and depth ratio are aligned in the anodized micropattern, the anodization time must be adjusted.

제2양극산화층을 식각하여 양극산화 나노 패턴의 기공 직경을 조절한다(S6).The pore diameter of the anodized nano pattern is adjusted by etching the second anodized layer (S6).

S3 단계에서 양극산화된 전체 제1양극산화층을 식각하여 제거함으로써 양극산화 마이크로 패턴과 나노시드를 형성하는 S4 단계와 달리, S6 단계의 식각은 제2양극산화층에 존재하는 나노 패턴의 직경을 확대하기 위한 식각으로, S6 단계를 통해 그 단위 셀인 나노 기공의 직경이 확대된 양극산화 나노 패턴을 형성한다. Unlike the S4 step of forming the anodized micropattern and the nanoseed by etching and removing the entire anodized first anodized layer in the S3 step, the etching of the S6 step enlarges the diameter of the nanopattern present in the second anodized layer. In order to etch, an anodized nano pattern having an enlarged diameter of nano pores as a unit cell is formed through S6.

여기서 양극산화 나노 패턴은 아래로 볼록한 원기둥 형상 또는 단부가 뾰족한 원뿔 형상으로 형성되는 것이 바람직하나 이와 같은 형상은 한정되지 않고, 이 몰드의 사용 목적에 따라 달라진다. 즉 비반사를 위해서는 원뿔 형상이, 초발수를 위해서는 원기둥 형상이 바람직하다.Here, the anodized nano pattern is preferably formed in a convex downward cylindrical shape or a conical shape with a pointed end, but such a shape is not limited and depends on the purpose of use of the mold. That is, a conical shape is preferred for non-reflection, and a cylindrical shape is preferred for super water repellency.

S6 단계의 식각은 S4 단계의 식각과 그 목적은 다르지만, 양극산화층을 제거하는 식각이라는 면에서는 동일한 식각인데, 이때 인산 용액을 통해 제거되는 것이 바람직하다.The etching of the S6 step has a different purpose from the etching of the S4 step, but it is the same etching in terms of etching to remove the anodization layer, and is preferably removed through a phosphoric acid solution.

양극산화 및 식각을 반복하여 양극산화 나노 패턴의 형상 및 크기를 조절한다(S7).The anodization and etching are repeated to adjust the shape and size of the anodization nano pattern (S7).

S6 단계에서 형성된 양극산화 나노 패턴을 원하는 기공 형상과 크기를 만들기 위해 양극산화 및 식각을 반복하고, 그 시간을 각각 조절하면서 양극산화 나노패턴을 형성한다. 이때 양극산화 및 식각 시간은 S6 단계 이후의 나노 기공의 직경과 깊이 비율을 고려하여 조절한다. 여기서 나노 기공의 직경 : 깊이 비율은 1 : 0.1 내지 1 : 10이 바람직하다. 비율이 1 : 10을 초과할 경우 최종적으로 제조한 초발수용 재료에서 나노 패턴으로 형성된 나노 필러가 서 있지 못하고 누워버리는 경향을 가지기 쉽고, 비율이 1 : 0.1 미만일 경우에는 나노 필러의 길이가 짧아 초발수 현상을 나타내기 어려울 경우도 있다. 또한 양극산화 나노 패턴에 있어서 단위 셀인 나노 기공간의 거리, 즉 초발수용 재료에서 나노 필러간의 거리는 전해질의 종류와 인가전압 등에 의해 결정되는데, 이러한 초발수용 몰드를 사용하여 제조되는 초발수용 재료의 최종적인 용도에 따라 달라진다. 예를 들어 가시광선 비반사용의 리플리카(replica) 필름을 제조하기 위한 몰드일 경우 그 주기는 140nm 부근이 바람직하다.Anodization and etching are repeated to form the desired pore shape and size of the anodized nanopattern formed in step S6, and the anodized nanopattern is formed while controlling the time respectively. At this time, the anodization and etching time are adjusted in consideration of the diameter and depth ratio of the nano-pores after step S6. Here, the diameter:depth ratio of the nanopores is preferably 1:0.1 to 1:10. When the ratio exceeds 1: 10, the nano-pillar formed as a nano pattern in the finally produced super water-repellent material does not stand and tends to lie down. When the ratio is less than 1: 0.1, the length of the nano-pillar is short, resulting in super water-repellent Sometimes it is difficult to show the phenomenon. In addition, in the anodized nano pattern, the distance of the nano-space, which is a unit cell, that is, the distance between the nano-pillars in the super-water-repellent material is determined by the type of the electrolyte and the applied voltage, and the final result of the super-water-repellent material produced using the super-water-repellent mold It depends on the application. For example, in the case of a mold for manufacturing a replica film for non-visible use of visible light, the period is preferably around 140 nm.

경우에 따라서 양극산화 나노 패턴을 형성하는 단계 이후에 양극산화 몰드의 강도 향상을 위해 양극산화 몰드 표면에 추가 코팅 공정이 이루어질 수 있다. 이때 코팅은 니켈(Ni), 텅스텐(W), 실리콘카바이드(SiC), 질화알루미늄(AlN) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질이며 이 이외에도 강도를 향상시킬 수 있으며 양극산화 마이크로 및 나노 패턴을 해치지 않는 코팅 물질이면 어느 것이든 사용 가능하다.In some cases, after the step of forming the anodized nano pattern, an additional coating process may be performed on the surface of the anodized mold to improve the strength of the anodized mold. At this time, the coating is a material selected from the group consisting of nickel (Ni), tungsten (W), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and mixtures thereof. In addition, the strength can be improved and the anodized micro and nano patterns are not damaged. Any coating material that is not used may be used.

또한 경우에 따라서는 양극산화 몰드보다 더 높은 강도를 갖는 몰드를 양극산화 몰드를 이용하여 제조하기 위하여, 양극산화 몰드의 기공과 표면에 고분자, 금속, 합금 또는 세라믹 물질을 증착 또는 코팅한 후 양극산화 몰드를 제거하여 고분자, 금속 또는 세라믹 물질의 양각 몰드를 제조한다. 그 후 양각 몰드에 다시 고강도 금속, 합금 또는 세라믹 물질을 증착 또는 코팅한 후 양각 몰드를 제거함으로써, 고강도 금속, 합금 또는 세라믹 물질의 음각 몰드를 제조하여 활용하는 것이 바람직하다. 이때의 일차적 코팅을 위하여, PDMS, PA 또는 PTFE 등의 고분자 물질이나, Al, Mn, Ti, W, Cu, Ni, Cr 등의 어떤 종류의 금속이나 이들의 합금, 또는 SiC, 다이아몬드, DLC 등과 같은 다양한 세라믹 재료가 활용가능하며, 이차적 코팅을 위해서는 Ni, Cr, W 등의 고강도 금속이나 이들의 합금, 또는 SiC나 다이아몬드나 DLC 등과 같은 고강도 세라믹 재료를 코팅하는 것이 바람직하다.In some cases, in order to manufacture a mold having a higher strength than the anodization mold using an anodization mold, anodization is performed after depositing or coating a polymer, metal, alloy or ceramic material on the pores and surfaces of the anodization mold. The mold is removed to produce an embossed mold of polymer, metal or ceramic material. After that, it is preferable to manufacture and utilize an intaglio mold of high strength metal, alloy or ceramic material by depositing or coating the high strength metal, alloy or ceramic material again on the embossed mold and removing the embossed mold. For the primary coating at this time, polymer materials such as PDMS, PA or PTFE, metals of any kind such as Al, Mn, Ti, W, Cu, Ni, Cr or alloys thereof, or SiC, diamond, DLC, etc. Various ceramic materials are available, and for secondary coating, it is preferable to coat high-strength metals such as Ni, Cr, W, or alloys thereof, or high-strength ceramic materials such as SiC, diamond, or DLC.

양극산화 금속, 고강도 금속, 고강도 합금 또는 세라믹 물질의 음각 몰드 표면에 이형성 막을 코팅한다(S8).A release film is coated on the surface of the intaglio mold of anodized metal, high-strength metal, high-strength alloy or ceramic material (S8).

양극산화 나노 패턴을 형성하는 단계 이후에 또는 고강도 금속, 합금이나 세라믹 물질의 음각 몰드를 제조한 후에, 양극산화 금속, 고강도 금속 고강도 합금 또는 세라믹 몰드로부터 초발수용 고분자 재료의 탈착성 향상을 위하여 이 몰드의 표면에 이형성 막을 코팅하는 단계를 더 포함한다. 이형성 막의 재료로는 알킬 실리콘(Alkyl silicon)을 포함하는 각종 발수성 재료 또는 발수성 재료에 실리콘옥사이드(SiO2) 또는 티타늄옥사이드(TiO2)와 같은 나노 입자가 혼합된 나노복합물질이 될 수 있다.After the step of forming the anodized nano-pattern or after preparing an intaglio mold of a high-strength metal, alloy or ceramic material, this mold is used to improve the desorption property of the superhydrophobic polymer material from the anodized metal, high-strength metal high-strength alloy or ceramic mold Further comprising the step of coating the release film on the surface of the. The material of the release film may be a nanocomposite in which nanoparticles such as silicon oxide (SiO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ) are mixed in various water repellent materials or water repellent materials including alkyl silicon.

이와 같이 S1 내지 S8 단계를 통해 얻은 초발수용 몰드를 이용하여 초발수형 재료를 제조할 수 있다. 이는 도 2에 도시된 순서로 이루어지며, 여기서 S1 내지 S8 단계는 도 1 및 상기에 기재된 내용으로 이에 대한 설명은 생략한다.As described above, the super water-repellent material may be manufactured using the super water-repellent mold obtained through the steps S1 to S8. This is done in the order shown in FIG. 2, where steps S1 to S8 are described in FIG. 1 and above, and a description thereof will be omitted.

초발수 재료는 S1 내지 S6 단계를 통해 얻은 초발수용 몰드에 고분자 수지를 코팅한다(S9).The super water-repellent material is coated with a polymer resin on the super water-repellent mold obtained through steps S1 to S6 (S9).

여기서 고분자 수지를 코팅하는 방법으로는 고분자 용액법, 열 임프린팅법, UV-임프린팅법 또는 화학적 임프린팅법을 통해 이루어지나 이 이외에도 다양한 코팅 방법이 적용 가능하다.Here, the method of coating the polymer resin is performed through a polymer solution method, a thermal imprinting method, a UV-imprinting method or a chemical imprinting method, but various other coating methods are applicable.

또한 고분자 수지는 polyamide(PA); polystyrene(PS); polycarbonate(PC); polyurethane(PU); polyimide(PI); polymethylmethacrylate (PMMA)를 포함하는 폴리아크릴레이트; polybutylene terephthalate(PBT), polyethylene terephthalate(PET)을 포함하는 폴리에스트르; polyethylene(PE), polypropylene(PP)을 포함하는 폴리알킬렌; polyvinyl chloride(PVC), polyvinylidene fluoride(PVdF)을 포함하는비닐폴리머; polydimethylsiloxane(PDMS) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.In addition, the polymer resin is polyamide (PA); polystyrene (PS); polycarbonate (PC); polyurethane (PU); polyimide (PI); polyacrylates including polymethylmethacrylate (PMMA); polyesters including polybutylene terephthalate (PBT) and polyethylene terephthalate (PET); polyalkylenes including polyethylene (PE) and polypropylene (PP); polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF) containing vinyl polymer; It is preferably selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) and mixtures thereof.

고분자 수지를 건조한 후 경화 및 탈형한다(S10).After drying the polymer resin, it is cured and demolded (S10).

S9 단계를 통해 초발수용 몰드에 코팅된 고분자 수지를 건조시켜 용매를 모두 제거하고, 이를 경화 및 탈형하여 초발수 재료를 얻는다. 이를 통해 얻은 초발수 재료는 양극산화 마이크로 패턴에 의해 형성된 마이크로 필러와, 양극산화 나노 패턴을 통해 얻어진 나노 필러 형상을 포함하고 있으며, 이러한 형상에 의해 초발수 성능을 가지게 된다. 마이크로 필러만으로도 초발수 성능을 지닐 수 있지만, 대체로 마이크로 필러에 나노 필러가 혼재해 있을 때 보다 우수한 초발수성이 나타난다.The polymer resin coated on the super water-repellent mold is dried through S9 to remove all of the solvent, and cured and demolded to obtain a super-water-repellent material. The super water-repellent material thus obtained includes a micro-pillar formed by an anodizing micro-pattern and a nano-pillar shape obtained through an anodizing nano-pattern, and has super-water-repellent performance due to the shape. Although the micro filler alone can have super water-repellent performance, in general, when the nano-pillar is mixed in the micro filler, superior super water repellency is exhibited.

다음은 본 발명의 실시예를 좀 더 구체적으로 설명한다.The following describes the embodiments of the present invention in more detail.

<실시예><Example>

본 발명의 실시예에 따른 몰드 및 초발수 재료 제조방법으로는 몰드용 금속으로써 굿펠로우 (Goodfellow)사의 순도 99.999%, 두께 1.0mm의 알루미늄 판재를 사용한다. 알루미늄 판재를 알코올, 아세톤 및 왕수를 사용하여 순서대로 세정한 다음, 420℃에서 3시간 동안 열처리를 하였다.As a method for manufacturing a mold and a super water-repellent material according to an embodiment of the present invention, an aluminum plate having a purity of 99.999% and a thickness of 1.0 mm is used as a metal for the mold. The aluminum plate was washed in order using alcohol, acetone and aqua regia, and then heat treated at 420°C for 3 hours.

그 후 몰드용 금속인 알루미늄 판재의 표면거칠기를 감소시키기 위해 과염소산(HClO4) : 에탄올(EtOH) = 1 : 4 중량비로 혼합한 혼합용액 전해질에 알루미늄 판재를 담가 20V의 전압을 인가하고, 30분 동안 전해연마를 한 후 120℃에서 1시간 동안 건조하였다. 이후 알루미늄 판재 위에 스핀 코팅(Spin coating) 방법을 통해 3㎛의 포토레지스트를 코팅하고, 50℃에서 20분, 90℃에서 20분 간 소프트 베이킹(Soft baking)을 실시한다. 그 후 도 4에 도시된 바와 같이 8㎛의 원이 24㎛ 주기로 육각 배열된 네거티브 포토마스크를 포토레지스트의 상부에 덮고 UV-광을 100초 동안 조사한 후, 120초 동안 현상하고 이를 세정한 후 80℃에서 20분, 120℃에서 30분 동안 건조하고 상온까지 서서히 냉각하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 포토레지스트 음각 감광 마이크로 패턴을 제조하였다.After that, in order to reduce the surface roughness of the aluminum sheet, which is a metal for mold, perchloric acid (HClO 4 ): ethanol (EtOH) = 1: 4 Immerse the aluminum sheet in the mixed solution electrolyte and apply a voltage of 20V, and 30 minutes After electrolytic polishing, the mixture was dried at 120° C. for 1 hour. Thereafter, a 3 μm photoresist is coated on the aluminum plate through a spin coating method, and soft baking is performed at 50° C. for 20 minutes and at 90° C. for 20 minutes. Thereafter, as shown in FIG. 4, a negative photomask in which a circle of 8 μm is hexagonally arranged at a cycle of 24 μm is covered on the top of the photoresist, irradiated with UV-light for 100 seconds, developed for 120 seconds, washed and then 80 After drying at 20° C. for 20 minutes at 120° C. for 30 minutes and slowly cooling to room temperature, photoresist negative photosensitive micro patterns as shown in FIGS. 5A and 5B were prepared.

이후 포토레지스트의 음각 감광 마이크로 패턴으로 덮인 알루미늄 판재 표면을 0.1M 인산 용액에 담궈 195V의 전압을 10시간 동안 인가하면서 양극산화를 하여 도 6에서 보여주는 제1양극산화층 표면을 제조한 후, 0.1M의 인산용액을 이용하여 1시간 동안 식각을 통해 제1양극산화층을 제거하여 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 깊이 8㎛의 바닥이 반구형인 튜브관 형상의 양극산화 마이크로 패턴과, 500nm 크기의 나노시드로 구성된 표면을 형성하였다.Subsequently, the surface of the aluminum plate covered with the photosensitive micro-pattern of the photoresist was immersed in a 0.1M phosphoric acid solution and anodized while applying a voltage of 195V for 10 hours to prepare the surface of the first anodized layer shown in FIG. The first anodized layer was removed by etching for 1 hour using a phosphoric acid solution to form an anodized micro pattern in a tube shape having a semi-spherical shape with a bottom of 8 µm in depth and a nano size of 500 nm as shown in FIGS. 7A and 7B. A surface composed of seeds was formed.

양극산화 마이크로 패턴이 형성된 알루미늄 판재를 0.1M 인산 용액에 다시 담그고 195V의 전압을 15분 동안 인가하면서 양극산화하여 제2양극산화층을 형성한후, 0.1M 인산용액에서 40분 동안 식각하는 공정을 통해 제2양극산화층에 형성된 기공의 직경을 크게 하였다. 이후 양극산화와 식각공정을 반복하여 2번 반복하여, 도 8a 및 도 8b 중 도 8b와 도 9에 도시된 바와 같은 직경 350nm, 깊이 1.2㎛의 원뿔 모양의 나노 기공을 형성하였다. 전체적으로 도 8에 도시된 바와 같이 반구 모양의 양극산화 마이크로 패턴과 원뿔 모양의 양극산화 나노 패턴이 혼재해 있는 알루미나 몰드를 제조하였다.Through the process of immersing the aluminum plate in which the anodized micro-pattern is formed in 0.1M phosphoric acid solution again, anodizing while applying a voltage of 195V for 15 minutes to form a second anodized layer, and etching for 40 minutes in 0.1M phosphoric acid solution. The pores formed in the second anodization layer were enlarged. Thereafter, the anodization and etching processes were repeated twice to form conical nanopores having a diameter of 350 nm and a depth of 1.2 µm as shown in FIGS. 8B and 9 of FIGS. 8A and 8B. As shown in FIG. 8, an alumina mold was prepared in which a hemispherical anodized micro pattern and a cone-shaped anodized nano pattern were mixed.

이 후 양극산화 마이크로 패턴과 나노 패턴 혼합구조의 표면을 갖는 알루미늄 판재를 과산화수소(H2O2) : 황산(H2SO4) = 1 : 1 중량비로 혼합한 혼합용액에서 1시간 처리하여 표면에 흡착된 산소를 제거한 후, 다시 진공 데시게이터(Disiccator)에 2시간 동안 넣어 잔류 산소를 제거하였다.After that, the aluminum plate having the surface of the anodized micro pattern and nano pattern mixed structure was treated for 1 hour in a mixed solution mixed with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ): sulfuric acid (H 2 SO 4 ) = 1: 1 weight ratio to the surface. After removing the adsorbed oxygen, the residual oxygen was removed again by putting it in a vacuum desiccator for 2 hours.

그 후 톨루엔 20g에 실란 2방울을 떨어뜨린 용액을 사용하여 알루미늄 판재 표면을 알킬 실란으로 코팅하고, 이를 알코올로 세정한 후 120℃에서 2시간 동안 건조하였다. Thereafter, the surface of the aluminum plate was coated with an alkyl silane using a solution in which 2 drops of silane were dropped on 20 g of toluene, and then it was washed with alcohol and dried at 120° C. for 2 hours.

PMMA(Poly methyl methacrylate) 및 PC(Polycarbonate) 기판을 수세한 후 나노임프린트장치에 장착하고, 130 내지 170℃에서 20분 동안 유지한 다음 30 bar의 압력을 5분 동안 가한다. 그 다음 기판을 15분에 걸쳐 상온까지 냉각하고 이를 수세하고, 다시 50℃에서 건조하여 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 반구 형상의 양각 양극산화 마이크로 패턴과 원뿔 형상의 양극산화 나노 패턴이 혼재하는 표면을 제조하였다. 이와 같이 초발수성 표면을 가진 기판의 물접촉각을 측정한 결과 PMMA에서는 153?, PC에서는 151°의 값을 얻었다.After washing the PMMA (Poly methyl methacrylate) and PC (Polycarbonate) substrates, they are mounted on a nanoimprint device, maintained at 130 to 170° C. for 20 minutes, and then a pressure of 30 bar is applied for 5 minutes. The substrate was then cooled to room temperature over 15 minutes, washed with water, and dried at 50° C. again, as shown in FIGS. 10A, 10B, 11A, and 11B, embossed anodized micro patterns in a hemispherical shape, and conical shape A surface in which anodized nano patterns were mixed was prepared. As a result of measuring the water contact angle of the substrate having a superhydrophobic surface, a value of 153? in PMMA and 151° in PC was obtained.

종래에는 미세 초발수 패턴을 형성하기 위한 몰드는, 포토레지스트가 감광 마이크로 패턴을 형성한 상태에서 식각 공정을 통해 새로운 마이크로 패턴을 형성하였다. 하지만 식각 공정 중에 포토레지스트가 몰드용 금속으로부터 떨어져 나가 원하는 형상의 마이크로 패턴을 얻을 수 없었다. 뿐만 아니라 포토레지스트가 떨어져 나가기 때문에 식각이 이루어지는 시간이 짧아 원하는 깊이로 마이크로 패턴을 형성할 수 없었다. 하지만 본 발명의 경우 포토레지스트가 있는 상태에서 양극산화를 통해 양극산화 마이크로 패턴을 형성하므로, 식각에 쓰이는 용액에 의해 포토레지스트가 떨어져 나가는 문제가 발생하지 않으며 이로 인해 오랜 시간 양극산화 공정을 진행할 수 있다. 이를 통해 깊게 함몰된 양극산화 마이크로 패턴 및 나노 패턴을 가지는 몰드를 얻을 수 있으며, 이 몰드를 통해 초발수성이 증가한 재료를 또한 얻을 수 있다. Conventionally, a mold for forming a fine super water-repellent pattern has formed a new micro pattern through an etching process in a state in which a photoresist forms a photosensitive micro pattern. However, during the etching process, the photoresist was detached from the mold metal, and thus a micro pattern having a desired shape could not be obtained. In addition, because the photoresist is separated, the time for etching is short, so that a micro pattern cannot be formed to a desired depth. However, in the case of the present invention, since an anodization micro pattern is formed through anodization in the presence of a photoresist, there is no problem that the photoresist falls off by a solution used for etching, and thus an anodization process can be performed for a long time. . Through this, a mold having a deeply depressed anodized micro pattern and a nano pattern can be obtained, and a material having increased water repellency can also be obtained through the mold.

Claims (24)

초발수용 몰드 제조방법에 있어서,
몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합하는 단계와;
리소그래피를 통해 상기 포토레지스트를 감광하여 감광 마이크로 패턴을 형성하는 단계와;
상기 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성하는 단계와;
상기 제1양극산화층을 제거한 후, 상기 몰드용 금속에 남아있는 상기 포토레지스트를 제거하여 상기 감광 마이크로 패턴보다 깊게 함몰되며 나노시드를 포함하는 양극산화 마이크로 패턴을 형성하되, 상기 양극산화 마이크로 패턴은 반구 형상으로 형성되고, 0.1 내지 50㎛의 깊이, 0.1 내지 100㎛의 넓이, 0.1 내지 50㎛의 간격으로 함몰되는 단계와;
나노시드를 포함하는 상기 양극산화 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 양극산화 나노 패턴을 포함하는 제2양극산화층을 형성하되, 상기 제2양극산화층 형성을 위한 양극산화 조건은 상기 제1양극산화층 형성을 위한 양극산화 조건과 동일하게 하고, 나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴은 상기 양극산화 마이크로 패턴의 반구 형상 내부에 아래로 볼록한 원기둥 형상 또는 단부가 뾰족한 원뿔 형상으로 형성되는 한편 단위 셀인 기공이 0.1 내지 10㎛의 깊이, 0.1 내지 1000nm의 직경, 0.1 내지 1000nm의 주기로 함몰되는 단계와;
나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴을 식각하여 상기 나노기공의 직경을 조절하는 단계와;
양극산화 및 식각을 반복하여 상기 양극산화 나노 패턴의 형상 및 크기를 조절하되, 상기 나노 기공의 직경 : 깊이 비율이 1 : 1 내지 1 : 10으로 조절되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
In the method for manufacturing a super water-repellent mold,
Bonding a photoresist to a mold metal surface;
Forming a photosensitive micro pattern by photosensitive the photoresist through lithography;
Forming a first anodized layer through anodization on the photosensitive micro pattern;
After removing the first anodized layer, the photoresist remaining in the mold metal is removed to form a anodized micro pattern that is deeper than the photosensitive micro pattern and includes nano seeds, wherein the anodized micro pattern is a hemisphere. It is formed into a shape, the depth of 0.1 to 50㎛, the width of 0.1 to 100㎛, and recessed at intervals of 0.1 to 50㎛;
A second anodization layer including an anodization nano pattern is formed on the anodization micro pattern including the nanoseed through anodization, and anodization conditions for forming the second anodization layer are for forming the first anodization layer. The same as the anodizing condition, and the anodized nano-pattern made of nanopores is formed in a convex cylindrical shape or a conical shape with a pointed end in a hemisphere shape of the anodized micro-pattern while the pores, which are unit cells, are 0.1 to 10. A depth of µm, a diameter of 0.1 to 1000 nm, and a depression of 0.1 to 1000 nm;
Adjusting the diameter of the nanopores by etching the anodized nanopattern made of nanopores;
Anodization and etching are repeated to adjust the shape and size of the anodized nano-pattern, but the diameter of the nano-pores is adjusted to a depth ratio of 1: 1 to 1: 10; Mold manufacturing method.
제 1항에 있어서,
상기 몰드용 금속에 포토레지스트를 결합하는 단계 이전에,
상기 몰드용 금속 표면을 세정 및 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
Before the step of bonding a photoresist to the metal for the mold,
The method for manufacturing a super water-repellent mold further comprising the step of cleaning and polishing the metal surface for the mold.
제 2항에 있어서,
상기 연마하는 단계는,
기계 연마 또는 전해연마를 통해 이루어지며,
상기 몰드용 금속 표면은 0.1nm 내지 10㎛의 표면거칠기를 갖도록 연마하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 2,
The polishing step,
It is made through mechanical polishing or electropolishing,
The method of manufacturing a super water-repellent mold, characterized in that the metal surface for the mold is polished to have a surface roughness of 0.1 nm to 10 μm.
제 1항에 있어서,
상기 리소그래피는 UV 광, 전자빔 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
The lithography method for manufacturing a super water-repellent mold, characterized in that at least one of UV light and electron beam is used.
제 1항에 있어서,
상기 몰드용 금속은 Al, W, Ti, Ta, Hf, Nb, Zr 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
The mold metal is Al, W, Ti, Ta, Hf, Nb, Zr and a method for producing a super water-repellent mold, characterized in that selected from the group consisting of a mixture thereof.
제 5항에 있어서,
상기 몰드용 금속에 Cu, Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Li, V, Mo, Ga, Ge, Fe, Co, Ni, C, O 원소 중 적어도 하나를 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
The method of claim 5,
First, characterized in that at least one of Cu, Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Li, V, Mo, Ga, Ge, Fe, Co, Ni, C, and O elements is further mixed with the mold metal. Method for manufacturing a receiving mold.
제 1항에 있어서,
상기 몰드용 금속은 평판 또는 롤형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
The mold metal is a method for manufacturing a super water-repellent mold, characterized in that it is made of a flat plate or a roll.
제 1항에 있어서,
상기 제1양극산화층은 인산용액을 통해 식각 제거되는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
The first anodization layer is a method for manufacturing a super water-repellent mold, characterized in that etching is removed through a phosphoric acid solution.
삭제delete 삭제delete 제 1 및 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극산화는 전해질로서 0.001M 내지 5M 농도의 인산, 옥살산, 황산, 셀렌산, 말론산, 인-아세트산, 주석산, 구연산, 에티드론산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 용액을 사용하며, -50 내지 300℃의 온도를 유지하면서 1 내지 500V의 전압을 1초 내지 1주일 동안 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
The method of any one of claims 1 and 8,
The anodization uses a solution selected from the group consisting of phosphoric acid, oxalic acid, sulfuric acid, selenic acid, malonic acid, phosphorus-acetic acid, tartaric acid, citric acid, etidronic acid, and mixtures thereof at concentrations of 0.001M to 5M, -50 Method for producing a super water-repellent mold, characterized in that it is made by applying a voltage of 1 to 500 V for 1 second to 1 week while maintaining a temperature of 300 to 300°C.
제 1항에 있어서,
상기 나노기공의 직경 및 함몰 깊이를 조절하는 단계 이후에,
초발수용 몰드보다 더 높은 강도를 갖는 몰드를 상기 초발수용 몰드를 이용하여 제조하기 위해, 상기 초발수용 몰드의 기공 및 표면에 고분자, 금속, 합금 또는 세라믹 물질을 증착 또는 코팅한 후, 상기 초발수용 몰드를 제거하여 고분자, 금속, 합금 또는 세라믹 물질의 양각 몰드를 제조한 후, 상기 양각 몰드에 다시 금속, 합금 또는 세라믹 물질의 음각 몰드를 제조하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
After the step of adjusting the diameter and the depression depth of the nanopores,
In order to manufacture a mold having a higher strength than the super water-repellent mold using the super-water-repellent mold, after depositing or coating a polymer, metal, alloy or ceramic material on the pores and surfaces of the super-water-repellent mold, the super-water-repellent mold After removing the to prepare an embossed mold of a polymer, metal, alloy or ceramic material, the method of manufacturing a super water-repellent mold, characterized in that to produce an embossed mold of a metal, alloy or ceramic material again in the embossed mold.
제 12항에 있어서,
상기 금속은 Al, Mn, Ti, W, Cu, Ni, Cr 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 고분자는 PDMS(Polydimethylsiloxane), PA(Polyamide), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 세라믹은 SiC, DLC, 다이아몬드 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
The method of claim 12,
The metal is selected from the group consisting of Al, Mn, Ti, W, Cu, Ni, Cr, and mixtures thereof, and the polymer is from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), and mixtures thereof. Is selected, the ceramic is SiC, DLC, diamond, and a method for producing a super water-repellent mold, characterized in that is selected from the group consisting of a mixture thereof.
제 1항에 있어서,
상기 나노기공의 직경 및 함몰 깊이를 조절하는 단계 이후에,
상기 초발수용 몰드로부터 초발수용 고분자 재료의 탈착성 향상을 위해 상기 몰드용 금속에 이형성 막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드 제조방법.
According to claim 1,
After the step of adjusting the diameter and the depression depth of the nanopores,
Method for manufacturing a super-water-repellent mold further comprising the step of coating a release film on the metal for the mold to improve the desorption property of the polymer material for super-water-repellent from the super-water-repellent mold.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법에 있어서,
몰드용 금속 표면에 포토레지스트를 결합하는 단계와;
리소그래피를 통해 상기 포토레지스트를 감광하여 감광 마이크로 패턴을 형성하는 단계와;
상기 감광 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 제1양극산화층을 형성하는 단계와;
상기 제1양극산화층을 제거한 후, 상기 몰드용 금속에 남아있는 상기 포토레지스트를 제거하여 상기 감광 마이크로 패턴보다 깊게 함몰되며 나노시드를 포함하는 양극산화 마이크로 패턴을 형성하되, 상기 양극산화 마이크로 패턴은 반구 형상으로 형성되고, 0.1 내지 50㎛의 깊이, 0.1 내지 100㎛의 넓이, 0.1 내지 50㎛의 간격으로 함몰되는 단계와;
나노시드를 포함하는 상기 양극산화 마이크로 패턴에 양극산화를 통해 양극산화 나노 패턴을 포함하는 제2양극산화층을 형성하되, 상기 제2양극산화층 형성을 위한 양극산화 조건은 상기 제1양극산화층 형성을 위한 양극산화 조건과 동일하게 하고, 나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴은 상기 양극산화 마이크로 패턴의 반구 형상 내부에 아래로 볼록한 원기둥 형상 또는 단부가 뾰족한 원뿔 형상으로 형성되는 한편 단위 셀인 기공이 0.1 내지 10㎛의 깊이, 0.1 내지 1000nm의 직경, 0.1 내지 1000nm의 주기로 함몰되는 단계와;
나노기공으로 이루어진 상기 양극산화 나노 패턴을 식각하여 상기 나노기공의 직경을 조절하는 단계와;
양극산화 및 식각을 반복하여 상기 양극산화 나노 패턴의 형상 및 크기를 조절하되, 상기 나노 기공의 직경 : 깊이 비율이 1 : 1 내지 1 : 10으로 조절되는 단계와
상기 양극산화 마이크로 패턴과 양극산화 나노 패턴이 형성된 몰드에 고분자 수지를 코팅 및 탈형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법.
In the method for producing a material for super water-repellent using a super water-repellent mold,
Bonding a photoresist to a mold metal surface;
Forming a photosensitive micro pattern by photosensitive the photoresist through lithography;
Forming a first anodized layer through anodization on the photosensitive micro pattern;
After removing the first anodized layer, the photoresist remaining in the mold metal is removed to form a anodized micro pattern that is deeper than the photosensitive micro pattern and includes nano seeds, wherein the anodized micro pattern is a hemisphere. It is formed into a shape, the depth of 0.1 to 50㎛, the width of 0.1 to 100㎛, and recessed at intervals of 0.1 to 50㎛;
A second anodization layer including an anodization nano pattern is formed on the anodization micro pattern including the nanoseed through anodization, and anodization conditions for forming the second anodization layer are for forming the first anodization layer. The same as the anodizing condition, and the anodized nano-pattern made of nanopores is formed in a convex cylindrical shape or a conical shape with a pointed end in a hemisphere shape of the anodized micro-pattern while the pores, which are unit cells, are 0.1 to 10. A depth of µm, a diameter of 0.1 to 1000 nm, and a depression of 0.1 to 1000 nm;
Adjusting the diameter of the nanopores by etching the anodized nanopattern made of nanopores;
Anodic oxidation and etching are repeated to adjust the shape and size of the anodized nano-pattern, but the diameter: depth ratio of the nano-pores is adjusted to 1: 1 to 1: 10, and
A method of manufacturing a super water-repellent material using a super-water-repellent mold comprising coating and demolding a polymer resin on a mold on which the anodized micro-pattern and anodized nano-pattern are formed.
삭제delete 제 20항에 있어서,
상기 코팅은 고분자 용액법, 열 임프린팅법(Thermal imprinting), UV-임프린팅법 또는 화학적 임프린팅법을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법.
The method of claim 20,
The coating is a polymer solution method, a thermal imprinting method (Thermal imprinting), UV-imprinting method or a method for producing a super-water-repellent material using a water-repellent mold, characterized in that made through a chemical imprinting method.
제 20항에 있어서,
상기 고분자 수지는 polyamide(PA); polystyrene(PS); polycarbonate(PC); polyurethane(PU); polyimide(PI); polymethylmethacrylate (PMMA)를 포함하는 폴리아크릴레이트; polybutylene terephthalate(PBT), polyethylene terephthalate(PET)을 포함하는 폴리에스테르; polyethylene(PE), polypropylene(PP)을 포함하는 폴리알킬렌; polyvinyl chloride(PVC), polyvinylidene fluoride(PVdF)을 포함하는비닐폴리머; polydimethylsiloxane(PDMS) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초발수용 몰드를 이용한 초발수용 재료 제조방법.
The method of claim 20,
The polymer resin is polyamide (PA); polystyrene (PS); polycarbonate (PC); polyurethane (PU); polyimide (PI); polyacrylates including polymethylmethacrylate (PMMA); polyester including polybutylene terephthalate (PBT) and polyethylene terephthalate (PET); polyalkylenes including polyethylene (PE) and polypropylene (PP); polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF) containing vinyl polymer; Polydimethylsiloxane (PDMS) and a method for producing a super water-repellent material using a super water-repellent mold, characterized in that is selected from the group consisting of a mixture thereof.
삭제delete
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