KR102241590B1 - 기판 구조체 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

기판 구조체 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR102241590B1 KR1020190110803A KR20190110803A KR102241590B1 KR 102241590 B1 KR102241590 B1 KR 102241590B1 KR 1020190110803 A KR1020190110803 A KR 1020190110803A KR 20190110803 A KR20190110803 A KR 20190110803A KR 102241590 B1 KR102241590 B1 KR 102241590B1
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Abstract

본 출원은 플러그인 디바이스를 이용하여, 항균성이 우수하고, 광촉매 기능이 있으며, 인체에 무해한 기판 구조체를 제공할 수 있다.

Description

기판 구조체 및 이를 제조하는 방법{SUBSTRATE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
본 출원은 기판 구조체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 필터 등에 적용할 수 있는 금속 산화물 나노 스파이크가 부착된 기판 구조체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
실내 공기에는 미세 먼지, 질소산화물, 휘발성 유기화합물뿐만 아니라 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 다양한 미생물이 부유하고 있다. 이러한 미생물은 아토피 피부염, 알레르기성 비염, 기관지 천식, 피부 진균증, 빌딩 증후군 등의 질병을 유발하여 건강에 나쁜 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, SPi(Super Plasma Ion), NPi(Nano Plasma Ionizer)라는 저온플라즈마를 이용한 이온 발생 장치를 통해 공기 중 부유 미생물을 저감하는 기술이 제시되었다. 또한, 공기청정기에 관한 기술로서, 다양한 항균 물질(솔잎 추출물, 키토산, 김치 추출물) 등을 이용한 프리급 항균 필터가 제시되었다. 그러나 이러한 기술 역시 만족할만한 항균효과를 나타내지 못하였다.
또한, 교류전압을 이용한 H+와 O2- 이온의 클러스터 이온을 발생시켜, 전기적 힘으로 바이러스 등에 부착되어 생존에 필요한 내부의 수소를 제거하는 방식의 원리로 공기청정기에 적용하는 기술이 제안되었으나, 이러한 기술의 핵심인 이온 발생장치는 기존의 플라즈마와 큰 차이가 없으며, 오존의 발생은 여전히 해결되지 못한 문제로 남아있다.
또한, 일부 자동차 업체들은 저농도의 오존을 이용한 차량 내부 공기정화에 관한 연구를 진행하고 있으며, 차량에 부착가능한 제품을 판매 중이나 저농도의 오존이 항균 기능이 있는지 입증되지 않았다.
또한, 알러지(allergy) 등 의학 관점에서, 부유미생물 연구에 관심을 가지고, 90년대 초반부터 연구를 지속해 오고 있으며, 부유미생물 제어기술과 관련하여 전기적 이온(electric ion)을 인위적으로 방출시켜 생명성에 영향을 주는 실험을 수행하거나, 자외선을 이용한 제어기술을 제시하였으나, 이 역시 만족할 만한 효과를 나타내지 못하였다.
특히, 최근 신종 인플루엔자 A(novel swine-origin influenza A, H1N1) 등의 공기 중 부유미생물에 의한 감염이 이슈화되면서 소비자들의 실내 공기 질에 관한 관심이 날로 증가하고 있어, 필터 생산 업계 또한 소비자의 요구를 만족시키기 위해 다양한 공기중 부유 미생물 저감 연구를 진행 중에 있다.
또한, 일상 생활에서 악취 저감을 위해 손쉽게 사용되는 탈취제 사용은 악취를 은폐하기 위해 다른 향을 이용하는 것으로 엄밀한 저감방법은 아니다. 다공성 소재를 이용한 흡착법은 설치비가 싸고 관리가 용이하여 다용도로 사용되고 있으며, 최근 악취물질을 포함하는 배기가스를 응축시켜 회수하는 저온응축법, 코로나 방전 등에서 생성된 전자와 라디컬들을 이용하여 악취물질을 분해하는 플라즈마법 등이 국내외 연구진들에 의해 소개되고 있다.
또한, 호흡기 마스크는 식약처에서 의약외품으로 분류하여 관리되고 있으며, 호흡기 질병, 악취, 매연 등으로부터 보호하기 위한 보건용 마스크가 보급화되고 있으나, 이러한 마스크는 호흡에 의하여 내부 온도가 상승하여 착용감이 좋지 않아, 고효율의 입자저감능력을 수행하면서 착용자에게 불쾌감을 주지 않는 방식의 열교환 방법, 밀착 소재 개발 등이 진행되고 있다.
전술한 바와 같이, 다양한 분야에서, 항균 작용이 요구되고 있는바, 이러한 작용을 하면서, 필터용 여재, 항균 마스크, 방충망 등에 적용가능한 기재에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 플러그인 디바이스를 이용하여, 항균성이 우수하고, 광촉매 기능이 있으며, 인체에 무해한 기판 구조체를 제공하고자 한다.
본 출원의 일 측면은 기판 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
일 예시에서, 나노-스파이크(nano-spike) 타입의 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 준비하는 단계; 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 광이온화(photoionization)하여, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 양전하로 대전하는 단계; 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재(substrate)에 부착시켜, 시드(seed)를 형성하는 단계; 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자가 부착된 기재를 열수처리하여, 상기 시드로부터 금속 산화물을 성장시키는 단계를 포함한다.
일 예시에서, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 에어로졸 공정에 의하여 제조된 것이다.
일 예시에서, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자의 평균 직경은 10 nm 내지 200 nm이다.
일 예시에서, 상기 금속은 전이금속이다.
일 예시에서, 상기 금속 산화물은 전이금속 산화물이다.
일 예시에서, 상기 광이온화는 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자에 UV를 조사하여 수행된다.
일 예시에서, 전기장을 인가하여, 상기 광이온화시 생성된 전자가 인가된 전기장에 의하여 포집된다.
일 예시에서, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재에 부착시키는 과정에서, 양전하로 대전된 내부와 절연체 외부로 구성된 배플(baffle) 타입의 전자 걸림턱을 이용하여, 상기 광이온화시 생성된 전자를 포집하고, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 통과된다.
일 예시에서, 상기 기재는 상온 이하의 온도 범위로 유지된다.
일 예시에서, 상기 기재는 평판(plate), 섬유(fiber) 또는 망(net)이다.
일 예시에서, 상기 열수처리는 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자가 부착된 기재를 열수처리조에 투입 후, 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 10 분 내지 55 분 동안 열처리하여 수행된다.
일 예시에서, 상기 금속 상기 시드로부터 성장된 금속 산화물은 나노-스파이크 타입의 금속 산화물이다.
본 출원의 일 측면은 기판 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
일 예시에서, 기재; 상기 기재 위에 형성된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 시드부(seed); 상기 시드부로부터 성장된 금속 산화물로 이루어진 나노 스파이크를 포함한다.
일 예시에서, 상기 나노 스파이크의 평균 직경은 200 nm 내지 300 nm이다.
일 예시에서, 상기 나노 스파이크의 평균 높이는 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 이다.
일 예시에서, 기재; 상기 기재 위에 형성된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 시드부(seed); 상기 시드부로부터 성장된 금속 산화물을 포함하며, 상기 금속 산화물의 형상은 계층적 복합구조(hierarchical complex structure)로서, 나노 스파이크 구조, 나노 수지상 구조, 나노 와이어 구조 및 나노 스타 구조 중 적어도 두 종류가 복합적으로 형성된다.
일 예시에서, 상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 직경은 10 nm 내지 1000 nm이다.
일 예시에서, 상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 높이는 50 nm 내지 50 ㎛이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 미세먼지 제거 특성이 우수한 기판 구조체를 제공할 수 있다.
본 출원의 다른 일 실시예에 따르면, 항균 특성이 우수한 기판 구조체를 제공할 수 있다.
본 출원의 또 다른 일 실시예에 따르면, 광촉매 특성이 우수한 기판 구조체를 제공할 수 있다..
도 1은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 3은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 나노 입자를 준비하는 방법을 설명하기 위한 이미지이다.
도 4는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 광이온화하는 방법을 설명하기 위한 이미지이다.
도 5는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 광이온화하는 방법의 효과를 설명하기 위한 이미지이다.
도 6은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 열수 반응에 의하여 형성된 기판 구조체를 설명하기 위한 이미지이다.
도 7은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체를 설명하기 위한 이미지이다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 용어 "나노"는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 "나노 입자"는 나노 미터(nm) 단위의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 평균입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 기판 구조체와 기판 구조체의 제조 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 기판 구조체와 기판 구조체의 제조 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도 2는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
먼저, 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 준비한다(S10).
상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 에어로졸 공정에 의하여 제조된 것이 바람직하다.
기상 매체에 고체상의 미세입자, 액체상의 액적이 분산된 상태를 "에어로졸"이라 한다. 에어로졸 공정에 의한 나노구조 입자제조는 크게 2 가지 메커니즘에 의한다. 첫 번째는 전구체를 증기상태로 기화시키고, 핵생성(Nucleation)과 성장(Growth)과정을 거쳐 나노 입자를 제조하는 "기상반응법"과 액체 전구체를 미세한 액적으로 만든 후 건조/열분해/결정화시켜 입자를 제조하는 "분무열분해법"이 있다. 기상반응법을 사용할 경우 10-100 nm 크기의 나노입자 제조 가능하며, 분무 열분해 공정(액적 열분해 반응)을 사용할 경우 100-1000 nm 크기의 나노 입자 제조가 가능하다.
특히, 에어로졸 공정에 의하여 나노 입자를 제조하는 방법은 금속 전극 사이에 스파크 등을 이용하여 방전시켜, 나노 금속 입자를 형성할 수 있다. 구체적인 방법의 조건 등은 특별히 한정하는 것은 아니며, 원하는 나노 입자의 특성에 따라 다양한 조건이 적용될 수 있다.
도 3은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 나노 입자를 준비하는 방법을 설명하기 위한 이미지이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 에어로졸 공법은 나노 입자를 형성하는 챔버내로 가스를 인입하여, 챔버 외로 나노 입자들이 포함된 유체가 방출될 수 있다. 구체적으로, 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 두개의 Zinc 로드가 약 1 mm의 간격을 두고 서로 마주하고 있는 조건에서 고전압을 인가하여, 두 로드 사이에 Spark(보라색 빛)가 생성됨으로써, Zinc 로드 일부가 증기화되고, 주입되는 상온의 기체에 의해 냉각되어 즉시 Zn 입자화되며, 도 3(b)에 형성된 나노입자를 도시한다.
상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자의 평균 직경은 10 nm 내지 200 nm인 것이 바람직하다. 특히, Primary 입자는 10 nm 이하가 바람직하고, Primary 입자가 응집된 Agglomerate 입자의 경우는 200 nm 이하가 바람직하다.
이러한 범위의 평균 직경을 갖도록 나노 입자를 제어하여, 후술하는 바와 같이, 기재 상에 우수한 효율로 부착시킬 수 있다.
상기 나노 금속 입자의 금속은 전이금속인 것이 바람직하며, 예시로서 Zn, Ti, W, Cu 및 Mg를 포함할 수 있다.
상기 나노 금속 산화물 입자의 금속 산화물은 전이금속 산화물인 것이 바람직하며, 예시로서, ZnO, TiO2, WO3 및 MgO를 포함할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 이러한 금속 또는 금속 산화물 입자를 이용하여, 기재에 계층적 구조, 예를 들어, 나노 스파이크 금속 산화물을 성장시키기 위한 시드로 적용할 수 있다.
그리고, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 광이온화(photoionization)하여, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 양전하로 대전한다(S20).
광이온화 방법을 통하여, 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자에 에너지를 인가하여, 전자를 탈락시켜, 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 양전하로 대전시킬 수 있다.
광이온화 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 광이온화는 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자에 UV를 조사하여 수행되는 것이 바람직하다.
이 때 사용되는 UV는 185 nm에서 6.2 eV를 나타내는 것이 바람직하다.
이러한 UV를 이용하여, 나노 입자가 전술한 바와 같이, 양전하로 대전되어, 나노 입자간의 응집을 척력을 이용하여 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 4는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 광이온화하는 방법을 설명하기 위한 이미지이다.
도 5는 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 광이온화하는 방법의 효과를 설명하기 위한 이미지이다.
도 4(a)에 도시한 바와 같이, Spark에 의해 제조된 입자가 통과하는 UV 반응기(하늘색 빛은 185 nm 파장의 UV가 조사됨을 보여줌)를 이용할 수 있으며, 도 4(b) 및 4(c)에 도시한 바와 같이, UV에 노출된 Zn 입자(20, 30 nm로 크기가 조절된)가 띠는 전하량을 의미하는데, UV가 조사된 입자는 +1가에서 +3의 전하량을 갖고 있으며, +1가로 대전된 입자가 전체 입자 중 가장 많은 비율을 차지하는 것을 나타낸다. 입자의 크기가 20 nm에서 30 nm로 커지면 전하량도 함께 커지는 것도 보여준다.
도 5에 도시한 바와 같이, UV에 조사되기 전에는 Spark에 의해 제조된 입자가 Brown 운동에 의해 즉시 응집되는 반면, UV에 조사되는 경우, 입자가 +로 대전되어 있어서 입자간 전기적 척력(Repulsive Force)에 의해 응집되지 않기 때문에 보다 작은 입자로 기판에 부착시킬 수 있음을 보여준다.
또한, 전기장을 인가하여, 상기 광이온화시 생성된 전자가 인가된 전기장에 의하여 포집될 수 있다. 전술한 바와 같이, 광이온화에 의하여, 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자가 양전하로 대전되는 동시에 전자가 방출된다. 방출된 전자가 계속 공정 중에 남아 있으면, 다시 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자와 결합될 수 있기 때문에, 이들을 제거해주는 것이 바람직하다. 전기장의 방향 또는 세기 등을 적절히 제어하여, 생성되는 전자를 포집하여, 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재에 보다 원활히 제공할 수 있다.
또한, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재에 부착시키는 과정에서, 양전하로 대전된 내부와 절연체 외부로 구성된 배플(baffle) 타입의 전자 걸림턱을 이용하여, 상기 광이온화시 생성된 전자를 포집하고, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 통과될 수 있다.
전술한 전기장을 인가하는 방법과 유사한 효과를 나타낼 수 있는 방법으로서, 배플 타입의 전자 걸림턱을 이용할 수 있다. 양전하로 대전된 내부와 절연체 외부로 구성하여, 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자가 통과하는 통로에 설치되어, 양전하를 갖는 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물은 내부가 양전하로 대전된 배플을 피하여 통과하는 반면에, 전자는 양전하로 대전된 배플에 부착되어 수집될 수 있다.
이러한 공정을 통하여, 높은 순도의 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재에 제공할 수 있다.
그리고, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자를 기재(substrate)에 부착시켜, 시드(seed)를 형성한다(S30).
에어로졸 형태의 나노입자를 균일 속도장 내에서 열영동(thermophoresis) 효과를 이용하여 정밀하게 제어하여 기판상의 목표한 위치에 정교하고 잘 제어된 상태로 증착시킴으로써, 나노 구조의 미세 구조를 한층 효과적으로 구현할 수 있다.
이를 위햐, 상기 기재는 상온 이하의 온도 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 특히, -10℃ 내지 10℃로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 기재 주위에 형성된 온도구배는 열영동 효과(thermophoretic effect)를 발생시켜 나노입자의 거동을 제어하게 되는 구동력으로서 작용하게 된다. 여기서, 열영동 효과란 미세입자의 운동학적 특성 중 하나로서, 입자 내부의 온도구배나 입자가 부유되어 있는 유체의 온도구배에 의하여 입자가 이동하는 효과를 말한다.
일반적으로 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 특성이 있는바, 기재 주위를 저온으로 유지하면, 나노 입자는 온도구배로 인해 형성된 열영동력에 의해 본 출원이 의도하는 바에 따른 이동궤적을 따라 안내되어 기재의 목표지점에 정렬 증착될 수 있다.
이를 위하여, 이에 한정되는 것은 아니지만, 압전소자 등이 기재 주위에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 기재는 평판(plate), 섬유(fiber) 또는 망(net)일 수 있다.
이러한 공정을 통하여, 다양한 종류의 기재에 금속 입자 시드 또는 금속 산화물 시드를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자가 부착된 기재를 열수처리하여, 상기 시드로부터 금속 산화물을 성장시킨다(S40).
이하, 산화아연을 이용한 열수처리를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
산화아연 나노 스파이크의 열수 합성을 위하여, Zn(NO3)2 및 HMTA 약제가 사용될 수 있다. 산화아연 결정핵 또는 씨앗이 들어 있는 70 내지 90℃의 수용액 상에서 반응이 일어난다. 이 경우, Zn(NO3)2는 산화아연 나노 스파이크에 형성에 필요한 Zn2 + 이온을 제공하고, 용액 내의 물 분자는 O2- 이온을 제공한다. 산화아연의 극성 표면의 빠른 성장 외에도, HMTA를 비극성 측면에 부착시킴으로써 [0001] 방향으로 이방성 성장이 촉진된다. HMTA는 또한 약한 염기 및 pH 완충제 역할을 하며, HMTA는 수분에 의해서 쉽게 가수 분해된다. 또한, Zn2 +와 결합하여 수성(aqueous) Zn2+를 안정화시킬 수 있다. 결과적으로, Zn(OH)2는 상온 보다 높은 온도에서 산화아연으로 탈수되고 이방성의 산화아연 구조가 생성된다.
금속 또는 금속 산화물 시드가 표면에 형성된 기재를 나노 스파이크 성장을 원하는 금속 무기염이 포함된 헥사메틸렌테트라민 용액내에 투입하고, 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 10 분 내지 55 분 동안 열처리한다. 이를 통하여, 나노-스파이크 타입의 금속 산화물이 표면에 형성된 기판 구조체를 제조할 수 있다.
도 6은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체의 제조 방법 중 열수 반응에 의하여 형성된 기판 구조체를 설명하기 위한 이미지이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 도5에 나타내어진 Spark로 제조된 시드 입자가 부착된 기판을 열수반응조에 함침됨으로써, 시드 위로 Spike가 생성된 형상을 보여준다.
이하, 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체를 설명한다.
도 7은 본 출원의 일 실시형태인 기판 구조체를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 기판 구조체는 기재(10), 상기 기재(10) 위에 형성된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 시드부(seed)(20); 상기 시드부로부터 성장된 금속 산화물로 이루어진 나노 스파이크(30)를 포함한다.
상기 나노 스파이크의 평균 직경은 200 nm 내지 300 nm일 수 있다.
상기 나노 스파이크의 평균 높이는 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.
여기서, 나노 스파이크를 도시하였지만, 금속 산화물의 형상은 계층적 복합구조(hierarchical complex structure)일 수 있다. 나노 스파이크 뿐만 아니라, 나노 수지상 구조, 나노 와이어 구조 및 나노 스타(star) 구조 중 적어도 두 종류가 복합적으로 형성될 수 있다.
상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 직경은 10 nm 내지 1000 nm일 수 있다. 또한, 상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 높이는 50 nm 내지 50 ㎛ 일 수 있다.
상기 계층적 복합구조에 포함되는 나노 스파이크의 평균 직경은 200 nm 내지 300 nm일 수 있다.
상기 계층적 복합구조에 포함되는 나노 스파이크의 평균 높이는 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.
전술한 기판 구조체의 제조 방법에서 적용된 구성 중 기판 구조체에서 적용될 수 있는 구성에 관한 설명은 전술한 기판 구조체의 제조 방법에서 설명된 내용으로 대체한다.
전술한 바와 같이, 기재는 특별히 한정되지 않지만, 기재는 평판(plate), 섬유(fiber) 또는 망(net)일 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.
(실험예)
두개의 Zinc 로드가 약 1 mm의 간격을 두고 서로 마주하고 있는 조건에서 고전압을 인가하여, 두 로드 사이에 Spark(보라색 빛)가 생성됨으로써, Zinc 로드 일부가 증기화되고, 주입되는 상온의 기체에 의해 냉각되어 즉시 Zn 입자화하였다. Spark에 의해 제조된 입자가 통과하는 UV 반응기(하늘색 빛은 185 nm 파장의 UV가 조사됨을 보여줌.)를 이용하였으며, 준비된 섬유에 상기 입자를 부착하여 시드를 형성하였다. 그리고, 열수처리조에 섬유를 함침한 후 열수처리하여, 금속 산화물을 성장시켰다. 도 8에 섬유, 시드가 부착된 섬유, 열수처리된 섬유 각각에 대한 이미지를 촬영(Scale Bar는 5 ㎛)하고 도 8에 각각 나타내었다.
도 8에 도시한 바와 같이, 섬유 상에 시드를 부착시킨 후, 열수조에 함침시켜 수지상 구조가 생성된 형상을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기재
20: 시드부
30: 나노 스파이크

Claims (18)

  1. 평균 직경이 10 nm 내지 200 nm인 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자를 준비하는 단계;
    상기 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자를 광이온화(photoionization)하여, 상기 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자를 양전하로 대전하는 단계;
    상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자를 -10℃ 내지 10℃로 유지되는 기재(substrate)에 부착시켜, 시드(seed)를 형성하는 단계;
    상기 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자가 부착된 기재를, 원하는 금속 무기염이 포함된 헥사메틸렌테트라민 용액에 투입하고, 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 10 분 내지 55 분 동안 열수처리하여, 상기 시드로부터 금속 산화물을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 시드로부터 성장된 금속 산화물은 나노-스파이크 타입의 금속 산화물인 기판 구조체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 에어로졸 공정에 의하여 제조된 것인 기판 구조체의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 전이금속인 기판 구조체의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 전이금속 산화물인 기판 구조체의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광이온화는 상기 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자에 UV를 조사하여 수행되는 기판 구조체의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전기장을 인가하여, 상기 광이온화시 생성된 전자가 인가된 전기장에 의하여 포집되는 기판 구조체의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 및 나노 금속 산화물 입자를 기재에 부착시키는 과정에서,
    양전하로 대전된 내부와 절연체 외부로 구성된 배플(baffle) 타입의 전자 걸림턱을 이용하여, 상기 광이온화시 생성된 전자를 포집하고, 상기 양전하로 대전된 나노 금속 입자 또는 나노 금속 산화물 입자는 통과되는 기판 구조체의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 평판(plate), 섬유(fiber) 또는 망(net)인 기판 구조체의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항의 제조방법에 의하여 제조된 기판 구조체로서,
    기재;
    상기 기재 위에 형성된 금속 및 금속 산화물로 이루어진 시드부(seed);
    상기 시드부로부터 성장된 금속 산화물로 이루어진 나노 스파이크를 포함하며,
    상기 나노 스파이크의 평균 직경은 200 nm 내지 300 nm이며, 상기 나노 스파이크의 평균 높이는 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 기판 구조체.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항의 제조방법에 의하여 제조된 기판 구조체로서,
    기재;
    상기 기재 위에 형성된 금속 및 금속 산화물로 이루어진 시드부(seed);
    상기 시드부로부터 성장된 금속 산화물을 포함하며,
    상기 금속 산화물의 형상은 계층적 복합구조(hierarchical complex structure)로서, 나노 스파이크 구조, 나노 수지상 구조, 나노 와이어 구조 및 나노 스타 구조 중 적어도 두 종류가 복합적으로 형성되며,
    상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 직경은 10 nm 내지 1000 nm이고, 상기 계층적 복합구조로서 금속 산화물의 평균 높이는 50 nm 내지 50 ㎛ 인 기판 구조체.
  17. 삭제
  18. 삭제
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