KR102269497B1 - 크기 변화 특성을 가지는 버블 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크기 변화 특성을 가지는 버블 복합체 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 과불화탄소로 이루어지는 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 버블 복합체 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 크기 변화 특성을 가지는 버블 복합체 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 과불화탄소로 이루어지는 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 버블 복합체 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
최근 마이크로·나노 수준의 제조 기술이 발전함에 따라, 작은 물체를 정밀하면서도 선택적으로 구동시킬 수 있는 미세 조작 기술이 연구되고 있다. 상기 미세 조작 기술의 일 예로 외부 자극에 의한 미세 버블의 주기적 크기 변화 특성을 활용하여 버블 주변 물체를 운반하거나 움직임을 조작하는 진동 버블(Oscillating Bubble) 기술을 들 수 있다. 외부 자극에 주기적으로 크기가 변화하는 버블의 일 예로 하기의 논문에 기재된 바와 같은 에어 버블을 들 수 있다.
<논문문헌>
Jian Feng, and Sung Kwon Cho, "Two-dimensionally steering microswimmer propelled by oscillating bubbles", In International Conference on Micro Elctro Mechanical Systems(MEMS 2014)
하지만, 흔하게 사용되는 에어 버블의 경우 외부 자극에 대한 변화율이 적어 큰 추진력을 제공할 수 없는 문제가 있고, 에어 버블과 마찬가지로 진동 버블 기술에 사용되는 과불화탄소 버블은 상변화시 큰 폭의 크기 변화 특성을 가지나 지속성 및 반복성이 낮아 과불화탄소가 소모적으로 사용되는 액추에이터 내부의 엔진이나, 일회적으로 사용되는 마이크로 탄환(Micro-bullet)의 트리거 역할로 정도로만 응용되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 과불화탄소로 이루어지는 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 버블 복합체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 형태와 크기를 가지는 버블 복합체를 제공하는 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 코어와 쉘 사이에 위치하며 알지네이트로 이루어지는 코팅층을 포함하여, 과불화탄소를 중앙에 위치시킬 수 있는 버블 복합체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 탄성재 용액과 비슷한 밀도를 가지나 고점도를 가지는 지지 용액에 주입한 후 원심력을 가해 자연 경화시켜, 과불화탄소가 복합체의 중앙에 위치하게 하면서도 제조 과정 중 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소가 용기의 벽면에 달라 붙는 것을 방지할 수 있는 버블 복합체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 콘 시럽을 이용하여 콘시럽이 점차적으로 녹음에 따라 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 알지네이트 코팅층이 형성되도록 함으로써, 얇은 두께의 코팅층을 형성할 수 있는 버블 복합체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발병은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체는 과불화탄소로 이루어지는 코어와, 상기 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체에 있어서 상기 쉘은 탄성재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체에 있어서 상기 쉘은 PDMS로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체에 있어서 가열하거나 초음파 또는 레이저를 가해 과불화탄소를 상변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체에 있어서 과불화탄소로 이루어지는 코어와, 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어지는 코팅층과, 상기 코팅층을 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체에 있어서 상기 코팅층은 0.01 내지 0.1mm의 두께로 형성되어, 코어의 첫 팽창 과정에서 부서져 버블 복합체의 반복적인 크기 변화에 영향을 미치지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체의 제조방법은 과불화탄소를 탄성재 용액에 주입하는 주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 지지 용액에 주입하는 재주입단계와, 상기 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체의 제조방법에 있어서 상기 지지 용액은 상기 탄성재 용액과 비슷한 밀도를 가지나 고점도를 가지며, 상기 경화단계에서는 20 내지 30℃의 온도에서 20 내지 30시간 동안 경화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체의 제조방법에 있어서 상기 탄성재 용액은 PDMS 용액이 사용되고, 상기 지지 용액은, 탄성재 용액보다 10% 범위에서 적거나 큰 밀도를 가지고, 탄성재 용액보다 2 내지 4배의 점도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체의 제조방법은 과불화탄소를 알지네이트 용액 내에 주입하는 제1주입단계와, 상기 알지네이트 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 제1수득단계와, 상기 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 콘시럽에 주입하는 제2주입단계와, 상기 콘시럽에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 알지네이트 용액과 콘시럽이 차례로 코팅된 과불화탄소를 수득하는 제2수득단계와, 상기 알지네이트 용액과 콘 시럽이 차례로 코팅된 과불화탄소를 염화칼슘 용액에 주입하여 반응시켜 콘시럽이 점차적으로 녹아 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층을 가지는 PFC-코팅층 복합체를 형성하는 코팅단계와, 상기 코팅단계에서 얻은 상기 PFC-코팅층 복합체를 탄성재 용액에 주입하는 제3주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 PFC-코팅층 복합체를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 수득하는 제3수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 지지 용액에 주입하는 제4주입단계와, 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층과 상기 코팅층을 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 버블 복합체의 제조방법에 있어서 상기 탄성재 용액은 PDMS 용액이 사용되고, 상기 지지 용액은 에폭시 수지가 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 과불화탄소로 이루어지는 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다양한 형태와 크기를 가지는 버블 복합체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 코어와 쉘 사이에 위치하며 알지네이트로 이루어지는 코팅층을 포함하여, 과불화탄소를 중앙에 위치시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 탄성재 용액과 비슷한 밀도를 가지나 고점도를 가지는 지지 용액에 주입한 후 원심력을 가해 자연 경화시켜, 과불화탄소가 복합체의 중앙에 위치하게 하면서도 제조 과정 중 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소가 용기의 벽면에 달라 붙는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 콘 시럽을 이용하여 콘시럽이 점차적으로 녹음에 따라 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 알지네이트 코팅층이 형성되도록 함으로써, 얇은 두께의 코팅층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 복합체의 크기 변화 과정을 설명하기 위한 참고도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 복합체의 디지털 현미경 이미지.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 복합체의 크기 변화를 확인하기 위한 디지털 현미경 이미지.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 복합체의 디지털 현미경 이미지.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 복합체의 크기 변화를 확인하기 위한 디지털 현미경 이미지.
이하에서는 본 발명에 따른 크기 변화 특성을 가지는 버블 복합체 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 크기 변화 특성을 가지는 버블 복합체를 도 1 내지 5를 참조하여 설명하면, 상기 버블 복합체는 과불화탄소로 이루어지는 코어(1)와, 상기 코어(1)를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘(2)을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 코어(1)는 과불화탄소로 이루어지는 구성으로, 액체 또는 기체 상태의 과불화탄소가 사용될 수 있다.
상기 쉘(2)은 상기 코어(1)를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 구성으로, 탄성재로 이루어질 수 있는데 예컨대 PDMS가 사용될 수 있다. 앞서 본 바와 같이, 과불화탄소 버블 또는 액적은 상변화시 큰 폭의 크기 변화 특성을 가지나 지속성 및 반복성이 낮은 문제가 있어, 본 발명은 과불화탄소를 코어로 하고 외측에 쉘을 형성하여 반복적인 크기 변화가 가능하도록 하였다. 예컨대, 액상의 과불화탄소를 코어로 하고 코어의 외측에 탄성재로 이루어진 쉘을 형성한 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 과불화탄소를 기화시킬 수 있는 외부 자극(예컨대, 복합체를 가열하거나 초음파 또는 레이저를 가해 과불화탄소를 기화시킬 수 있음)을 버블 복합체에 가하는 경우 코어는 팽창하고 상기 코어가 팽창함에 따라 쉘이 늘어나게 되어 버블 복합체는 커진 크기를 가지게 되며, 이 상태에서 외부 자극을 제거하게 되면 과불화탄소는 다시 액화되어 코어는 수축하고 상기 코어가 수축함에 따라 쉘이 줄어들어 버블 복합체는 원래 크기를 가지게 된다. 또한, 외부 자극 부여 및 제거를 반복함에 따라 버블 복합체는 크기가 커졌다가 줄어드는 과정을 안정적으로 반복하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 버블 복합체는 과불화탄소로 이루어지는 코어(미도시)와, 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어지는 코팅층(미도시)과, 상기 코팅층을 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘(미도시)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 버블 복합체는 코어와 쉘 사이에 코팅층이 있다는 것을 제외하고 일 실시예에 따른 버블 복합체와 동일하므로, 이하에서는 차이나는 부분인 코팅층에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 코팅층은 코어와 쉘 사이에 위치하며 알지네이트로 이루어진다. 과불화탄소와 탄성재는 밀도차로 인해 코어가 버블 복합체의 가장자리로 치우쳐 형성될 수 있는데(즉, 코어의 외측에 균일한 두께를 가지는 쉘이 형성되지 않음), 코어의 외측에 알지네이트로 이루어진 코팅층을 형성한 후 쉘을 형성하는 경우 코어를 버블 복합체의 중앙에 위치시킬 수 있게 된다. 다만, 코팅층은 얇은 두께(바람직하게는 0.01 내지 0.1mm의 두께를 가짐)로 형성되어 코어의 첫 팽창 과정에서 부서져 버블 복합체의 반복적인 크기 변화에 영향을 미치지 않게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 버블 복합체의 제조방법은 과불화탄소를 탄성재 용액에 주입하는 주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 지지 용액에 주입하는 재주입단계와, 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계 등을 포함한다.
상기 주입단계는 과불화탄소를 탄성재 용액에 주입하는 단계로, 기체 또는 액체 상태의 과불화탄소를 탄성재 용액에 주입하여 탄성재 용액 내에 과불화탄소 기포 또는 액적이 위치하도록 한다. 상기 탄성재 용액은 예컨대 PDMS 용액이 사용될 수 있다.
상기 수득단계는 상기 탄성재 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 단계로, 예컨대 마이크로 채널, 마이크로 튜브, 주사기 등을 이용하여 탄성재 용액에 주입된 과불화탄소를 빨아들여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하게 된다.
상기 재주입단계는 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 지지 용액에 주입하는 단계로, 상기 지지 용액은 탄성재 용액과 비슷한 밀도(지지 용액은 탄성재 용액보다 10% 범위에서 적거나 큰 밀도를 가지는 것이 바람직함)를 가지나 고점도(지지 용액은 탄성재 용액보다 2 내지 4배의 점도를 가지는 것이 바람직함)를 가지게 되며, 예컨대 에폭시 수지가 사용될 수 있다.
상기 경화단계는 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 20 내지 30시간 동안 자연 경화시켜(예컨대, 20 내지 30℃에서 경화시킴) 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 단계로, 과불화탄소와 탄성재는 밀도차로 인해 코어가 버블 복합체의 가장자리로 치우쳐 형성될 수 있는데(즉, 코어의 외측에 균일한 두께를 가지는 쉘이 형성되지 않음), 원심력을 가하는 경우 과불화탄소가 복합체의 중앙에 위치하게 할 수 있다. 다만, 원심력을 가할 시 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소가 용기의 벽면에 달라 붙을 수 있으므로, 탄성재 용액과 비슷한 밀도를 가지나 고점도를 가지는 지지 용액을 사용하여 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소가 용기의 중앙에 머물러 있도록 할 수 있다. PDMS의 경우, 빠른 경화를 위해 가열하지만(80℃ 이상), 끓는점이 낮은 과불화탄소가 사용된 경우 가열하여 경화되는 과정에서 상변화가 이루어지므로, 상기 경화과정에서는 과불화탄소의 상변화가 이루어지는 않는 온도에서 경화가 이루어지게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버블 복합체의 제조방법은 과불화탄소를 알지네이트 용액 내에 주입하는 제1주입단계와, 상기 알지네이트 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 제1수득단계와, 상기 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 콘시럽에 주입하는 제2주입단계와, 상기 콘시럽에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 알지네이트 용액과 콘시럽이 차례로 코팅된 과불화탄소를 수득하는 제2수득단계와, 상기 알지네이트 용액과 Corn syrup이 차례로 코팅된 과불화탄소를 염화칼슘 용액에 주입하여 반응시켜 콘시럽이 점차적으로 녹아 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층을 가지는 PFC-코팅층 복합체를 형성하는 코팅단계와, 상기 코팅단계에서 얻은 상기 PFC-코팅층 복합체를 탄성재 용액에 주입하는 제3주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 PFC-코팅층 복합체를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 수득하는 제3수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 지지 용액에 주입하는 제4주입단계와, 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층과 상기 코팅층을 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계 등을 포함한다. 상기 과불화탄소와 탄성재는 밀도차로 인해 코어가 버블 복합체의 가장자리로 치우쳐 형성될 수 있는데, 코어의 외측에 알지네이트로 이루어진 코팅층을 형성한 후 쉘을 형성하는 경우 코어를 버블 복합체의 더욱 중앙에 위치시킬 수 있으며, 코팅층은 얇은 두께로 형성되어 코어의 첫 팽창 과정에서 부서져 버블 복합체의 반복적인 크기 변화에 영향을 미치지 않는 것이 중요한데, 콘 시럽을 이용하여 콘시럽이 점차적으로 녹음에 따라 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 알지네이트 코팅층이 형성되도록 함으로써 얇은 두께의 코팅층을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버블 복합체의 제조방법은 버블 복합체에 대응되는 형상을 가지는 홈이 형성된 몰드를 준비하는 몰드 준비단계와, 탄성재 용액을 상기 홈에 붓고 과불화탄소를 주입하여 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 탄성재 용액으로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형상하는 경화단계를 포함한다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 버블 복합체의 제조
1. 직경이 대략 3mm PFC(Perfluorohexane(밀도가 1.68g/mL임) 사용) 액적을 PDMS 용액(밀도가 1.03g/mL이고, 점도 3900cps임) 내에 주입하고, 주사기를 이용하여 PFC 액적을 빨아들인 후 용기 내에 위치하는 에폭시 수지(밀도가 1.10g/mL이고, 점도 10000cps임)에 주입하면, 에폭시 수지 내에 외측면이 PDMS 용액으로 에워싸여진 PFC가 위치하게 된다. 이후, 상기 용기를 회전시킴과 동시에 상온에서 24시간 유지하여 PDMS가 경화되도록 함으로써, PFC를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 PDMS로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체(과불화탄소 복합체)를 형성하였다. PDMS 용액은 Sylgard-184 base와 Sylgard-184 curing agent를 10:1 무게비로 혼합하여 형성하였다.
2. 알지네이트 용액 내에 PFC(Perfluorohexane 사용) 액적을 주입하고 주사기로 PFC 액적을 빨아들인 후, Corn syrup에 주입하고 다시 주사기를 사용하여 PFC 액적을 빨아들인 후 염화칼슘 용액에 주입하여 반응시키면, 알지네이트 용액과 Corn syrup이 차례로 코팅된 PFC 액적에서 상기 Corn syrup이 점차적으로 녹아 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나, PFC를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층을 가지는 PFC-코팅층 복합체가 형성되게 된다. 이후, PFC 액적 대신에 상기 PFC-코팅층 복합체를 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 1과 동일하게 하여, PFC를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층과 상기 코팅층을 에워싸며 PDMS로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체(과불화탄소 복합체)를 형성하였다. 상기 알지네이트 용액은 증류수 100mL당 알긴산나트륨 2g을 혼합하여 형성하였고, 염화칼슘 용액은 증류수 100mL당 염화칼슘 1g을 혼합하여 형성하였다.
3. 직경이 대략 1mm PFC(Perfluorohexane 사용) 액적을 사용하고, Sylgard-186 base, Sylgard-184 base, Sylgard-186 curing agent 및 Sylgard-184 curing agent가 3 : 7 : 0.3 : 0.7의 무게비로 혼합되어 형성된 PDMS 용액을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 1과 동일하게 하여, PFC를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 PDMS로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체(과불화탄소 복합체)를 형성하였다.
4. 직경 7.5mm 및 높이 5mm를 가지는 홈을 가지는 폴리카보네이트 기판을 준비하고, 상기 홈 내 2mm까지 PDMS 용액을 부어 경화시킨 후, PDMS 용액, PFC 액적을 차례로 부어 경화시켜, PFC를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 PDMS로 이루어진 쉘이 형성된 막대형의 버블 복합체(과불화탄소 복합체)를 형성하였다. PDMS 용액은 Sylgard-186 base, Sylgard-184 base 및 Sylgard-184 curing agent를 3 : 7: 0.4의 무게비로 혼합하여 형성하였다.
5. 몰드에 PDMS 용액을 주입하고 경화시켜 주조 방식으로 마이크로 탄환 외벽을 형성하고, 상기 외벽 내에 PDMS 용액, PFC 액적을 차례로 부어 경화시켜, 외벽 내에 코어 및 셀을 가지는 버블 복합체(과불화탄소 복합체)가 위치하는 마이크로 탄환을 형성하였다. PDMS 용액은 실시예 1의 4에서 사용된 PDMS 용액이 사용되었다.
<실시예 2> 버블 복합체의 크기 및 형태 확인
1. 실시예 1에서 제조된 버블 복합체 각각에 대하여, 디지털 현미경으로 측정하여 도 2에 나타내었다. 도 2의 (a)는 실시예 1의 1에서 제조된 버블 복합체의 이미지이며, 도 2의 (b)는 실시예 1의 2에서 제조된 버블 복합체의 이미지이며, 도 2의 (c)는 실시예 1의 3에서 제조된 버블 복합체의 이미지이며, 도 2의 (d)는 실시예 1의 4에서 제조된 버블 복합체의 이미지이며, 도 2의 (e)는 실시예 1의 5에서 제조된 버블 복합체의 이미지이다.
2. 도 2를 보면, 실시예 1에서 제조된 버블 복합체는 직경 3mm의 코어를 가지고 두께 0.3mm의 쉘을 가지는 구형 형태임을 알 수 있고, 실시예 2에서 제조된 버블 복합체는 직경 2mm의 코어를 가지고 두께 0.09mm의 코팅층 및 두께 0.06mm의 셀을 가지는 구형 형태임을 알 수 있으며, 실시예 3에서 제조된 버블 복합체는 직경 1mm의 코어를 가지고 두께 0.05mm의 쉘을 가지는 구형 형태임을 알 수 있고, 실시예 4에서 제조된 버블 복합체는 쉘 내부에 코어가 형성된 직경 7.5mm 및 높이 5mm의 막대 형태임을 알 수 있고, 실시예 4에서 제조된 마이크로 탄환은 8mm의 외벽 내에 쉘이 코어를 에워싸며 높이 4.5mm인 막대 형태의 버블 복합체가 위치함을 알 수 있다.
<실시예 3> 외부 자극에 대한 버블 복합체의 반복적인 크기 변화의 확인
1. 외부 자극에 대한 버블 복합체의 반복적인 크기 변화를 확인하기 위하여, PFH의 끓는점(59℃)을 상회하는 70℃의 물을 수조에 가득 붓고 수조 상부에 열전도도가 높은 유리 재질의 슬라이드 글라스를 올리고, 상기 슬라이드 글라스 상면에 실시예 1의 1 및 3에서 제조한 버블 복합체 각각을 올려두어, 코어까지 열에너지가 충분히 전달되도록 하였다(히팅과정). 온도 변화로 인한 버블 복합체의 팽창이 충분히 이루어진 경우, 수조 내의 고온의 물을 빼주고 20℃의 차가운 물을 넣는 방법으로 코어의 액화 현상 및 쉘의 추축 현상을 유도하였다(쿨링과정). 70℃의 물과, 20℃의 물을 반복적으로 교환한 후(즉 히팅과정과 쿨링과정을 반복적으로 수행함) 버블 복합체를 디지털 현미경으로 측정하여, 버블 복합체의 반복적인 크기 변화를 확인하였다. 도 3은 히팅과정 전(a) 및 후(b)에 실시예 1의 1에서 제조한 버블 복합체 각각을 측정한 디지털 현미경 이미지이다.
2. 실시예 1의 4에서 제조한 버블 복합체 및 실시예 1의 5에서 제조한 마이크로 탄환을 슬라드 글라스 상면 대신 물속에 넣은 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 3의 1과 동일하게 실험하였다. 도 4는 히팅과정 전(a) 및 후(b)에 실시예 1의 4에서 제조한 버블 복합체를 측정한 디지털 현미경 이미지이고, 도 5는 히팅과정 전(a) 및 후(b)에 실시예 1의 5에서 제조한 마이크로 탄환을 측정한 디지털 현미경 이미지이다.
3. 외부 자극에 대한 버블 복합체의 반복적인 크기 변화를 확인하기 위한 실험 결과를 살펴보면, 실시예 1의 1에서 제조된 버블 복합체의 경우 히팅과 쿨링을 6회 실시한 이후에도 손상되지 않았으며(단, 4 ~ 6번째의 히팅 과정에서는 100℃의 물이 사용됨), 히팅과정에서는 직경이 증가하였으며(최대 8% 증가) 쿨링과정에서는 직경이 실험전 수준으로 회복되었다. 실시예 1의 3에서 제조된 버블 복합체의 경우 히팅과정에서는 직경이 2.72mm로 증가하였고, 냉각과정에서는 직경이 1.83mm까지 감소하였으며, 실시예 1의 4에서 제조된 버블 복합체의 경우 히팅과 쿨링을 12회 실시할 때까지 손상이 발생하지 않아 PFC가 누출되지 않았으며, 히팅과정에서는 직경 및 길이가 증가하였으며(직경은 최대 56% 증가하였고, 길이는 최대 66% 증가하였음) 쿨링과정에서는 직경 및 길이가 실험전 수준으로 회복되었다. 실시예 1의 5에서 제조된 마이크로 탄환의 경우, 히팅과 쿨링을 8회 실시한 이후에도 손상이 발생하지 않아 PFC가 누출되지 않았으며, 히팅과정에서는 외벽내 버블 복합체의 길이가 증가하였으며(최대 41% 증가), 쿨링과정에서는 외벽내 버블 복합체의 길이가 실험전 수준으로 회복되었다. 따라서, 상기 버블 복합체에 외부 자극을 가해 코어의 상변화를 일으키는 경우에도 탄성력을 가지는 쉘에 의해 그 형태가 유지되어, 반복적인 크기 변화를 가지는 버블 복합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 코어 2: 쉘
Claims (11)
- 과불화탄소로 이루어지는 코어와, 상기 코어를 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있으며,
상기 쉘은 PDMS로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버블 복합체. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
가열하거나 초음파 또는 레이저를 가해 과불화탄소를 상변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 복합체. - 과불화탄소로 이루어지는 코어와, 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어지는 코팅층과, 상기 코팅층을 에워싸며 상기 코어의 팽창 및 수축 시 함께 팽창 및 수축하여 상기 코어를 보호하는 쉘을 포함하여, 외부 자극에 의해 과불화탄소를 상변화시켜 반복적으로 크기를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 복합체.
- 제5항에 있어서, 상기 코팅층은
0.01 내지 0.1mm의 두께로 형성되어, 코어의 첫 팽창 과정에서 부서져 버블 복합체의 반복적인 크기 변화에 영향을 미치지 않는 것을 특징으로 하는 버블 복합체. - 과불화탄소를 탄성재 용액에 주입하는 주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 지지 용액에 주입하는 재주입단계와, 상기 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 복합체의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 지지 용액은 상기 탄성재 용액과 비슷한 밀도를 가지나 고점도를 가지며,
상기 경화단계에서는 20 내지 30℃의 온도에서 20 내지 30시간 동안 경화시키는 것을 특징으로 하는 버블 복합체의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 탄성재 용액은 PDMS 용액이 사용되고,
상기 지지 용액은, 탄성재 용액보다 10% 범위에서 적거나 큰 밀도를 가지고, 탄성재 용액보다 2 내지 4배의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 버블 복합체의 제조방법. - 과불화탄소를 알지네이트 용액 내에 주입하는 제1주입단계와, 상기 알지네이트 용액에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 수득하는 제1수득단계와, 상기 외측면이 알지네이트 용액으로 에워싸여진 과불화탄소를 콘시럽에 주입하는 제2주입단계와, 상기 콘시럽에 주입된 과불화탄소를 흡입하여 알지네이트 용액과 콘시럽이 차례로 코팅된 과불화탄소를 수득하는 제2수득단계와, 상기 알지네이트 용액과 콘 시럽이 차례로 코팅된 과불화탄소를 염화칼슘 용액에 주입하여 반응시켜 콘시럽이 점차적으로 녹아 알지네이트 용액이 염화칼슘 용액과 맞닿으며 반응이 일어나 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층을 가지는 PFC-코팅층 복합체를 형성하는 코팅단계와, 상기 코팅단계에서 얻은 상기 PFC-코팅층 복합체를 탄성재 용액에 주입하는 제3주입단계와, 상기 탄성재 용액에 주입된 PFC-코팅층 복합체를 흡입하여 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 수득하는 제3수득단계와, 상기 외측면이 탄성재 용액으로 에워싸여진 PFC-코팅층 복합체를 지지 용액에 주입하는 제4주입단계와, 지지 용액이 담겨진 용기를 회전시켜 원심력을 가함과 동시에 자연 경화시켜 과불화탄소를 코어로 하고 상기 코어를 에워싸며 알지네이트로 이루어진 코팅층과 상기 코팅층을 에워싸며 탄성재로 이루어진 쉘이 형성된 버블 복합체를 형성하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 복합체의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 탄성재 용액은 PDMS 용액이 사용되고,
상기 지지 용액은 에폭시 수지가 사용되는 것을 특징으로 하는 버블 복합체의 제조방법.
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