KR102378177B1 - 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법 - Google Patents

수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고가의 장비 없이 쉽고 빠르게 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 형성하기 위한 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계; b) 상기 혼합용액 상에 몰드부가 위치되는 단계; c) 모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드부의 내측으로 이동되는 단계; d) 내측에 상기 혼합용액이 위치된 상기 몰드부가 순차적으로 팽창 및 수축되어 상기 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계; 및 e) 상기 몰드부가 제거되고, 상기 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법을 제공한다.

Description

수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF 2D MATERIAL WITH NANO-PATTERNS ALIGNED IN VERTICAL DIRECTION}
본 발명은 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고가의 장비 없이 쉽고 빠르게 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 형성하기 위한 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 관한 것이다.
2차원(2D)재료(소재)란 원자들이 단일 원자층 두께(약 1nm=10억분의 1m)를 가지고 평면에서 결정구조를 이루는 물질을 지칭한다.
2차원 재료는 전기적 특성에 따라 도체, 반도체, 부도체로 분류할 수 있으며, 대표적으로 도체 성질을 가지는 그래핀, 반도체 성질을 가지는 전이금속 디칼코게나이드와 흑린, 부도체 성질을 가지는 육방정계 질화붕소가 있다.
2차원 재료는 사물인터넷, 휘어지는 소자, 초저전력 소자, 차세대 배터리, 정수 필터, 우주선 등 다양한 산업 분야에 적용 가능한 파급력이 큰 원천기술로서, 최근 응용 범위가 확대되고 상용화 가능성도 높아지고 있다.
특히, Nature volume 557, pages409-412(2018년)에 따르면, 2차원 재료의 수직방향 정렬은 이온수송 기능을 활성화시켜 에너지소자 등에서 효율을 향상시키는 효과가 있다.
그러나, 맥신, 그래핀 등 2차원 재료의 경우, 필름 형성시 구조적인 특징에 의해 가로방향 정렬의 적층 구조가 되기는 쉬우나, 세로 방향으로의 정렬되어 적층된 구조를 형성하는 데에는 어려움이 있다.
또한, 종래에는 맥신의 수직 정렬 패턴 형성 기술의 개발이 이루어지기는 했으나, 고가의 장비가 필요했고, 마이크로미터 이상의 패턴이 형성되어, 소자의 소형화, 집적화, 소자효율 극대화를 위한 나노 패터닝을 달성하기는 어려움이 있었다.
따라서, 고가의 장비 없이도 쉽고 빠르게 2차원 재료의 패턴을 수직 방향으로 정렬하고, 나노급 패터닝을 할 수 있는 기술이 필요하다.
Nature volume 557, pages 409-412, 2018
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고가의 장비 없이 쉽고 빠르게 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 형성하기 위한 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계; b) 상기 혼합용액 상에 몰드부가 위치되는 단계; c) 모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드부의 내측으로 이동되는 단계; d) 내측에 상기 혼합용액이 위치된 상기 몰드부가 순차적으로 팽창 및 수축되어 상기 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계; 및 e) 상기 몰드부가 제거되고, 상기 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 2차원 재료는, 맥신(MXene), 그래핀, rGO, 전이금속 다이칼코제나이, 전이금속 칼코겐화합물, 흑린, 육방정계 질화붕소 중 어느 하나 이상으로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 유기용매는, diisopropylamine, triethylamince, pentance, xylenes, chloroform, ether, tetrahydrofuran, hexanes, trichloroethylene, n-heptane, cyclohexane, dimethoxyethane, toluene, benzene, chlorobenzene, methylene chloride, t-butyl alcohol, 2-butanone, ethyl acetate, dioxane, 1-propanol, acetone, pyridine, ethyl alcohol, dimethyl carbonate, N-methylpyrrolidone, fimethylformamide, methanol, phenol, propylene carbonate, acetonitrile, perfluorotributylamine, perfluorodecalin, nitromethane, dimethylsulfoxide, ethylene glycol 중 어느 하나 이상으로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몰드부는, 상기 유기용매를 흡수하여 팽창이 가능하도록 마련된 소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몰드부는, PDMS소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몰드부는, 상부 및 하부가 평면으로 이루어진 몰드플레이트; 상기 몰드플레이트로부터 하부를 향해 돌출되고, 상기 몰드플레이트의 길이 방향으로 연장 형성되며, 상호 이격되어 형성된 복수의 몰드연장체; 및 이웃하는 상기 몰드연장체 사이에 형성되며, 상기 몰드플레이트의 길이 방향으로 그루브 형태로 연장 형성된 몰드그루브를 포함하며, 상기 혼합용액은 모세관 현상에 의해 상기 몰드그루브로 이동되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몰드연장체는, 1 내지 3micron의 피치 간격을 갖도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계는, c1) 위치된 상기 몰드부에 하부를 향해 압력이 가해지는 단계; 및 c2) 가해지는 압력에 따라 상기 혼합용액이 모세관 현상에 의해 상기 몰드그루브로 이동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계는, d1) 상기 몰드부의 내측의 상기 혼합용액에 포함된 상기 유기용매가 상기 몰드부에 침투하여 상기 몰드부를 팽창시키는 단계; 및 d2) 팽창된 상기 몰드부에 침투한 상기 유기용매가 증발되어 상기 몰드부가 수축되는 단계를 포함하며, 상기 d1) 단계에서, 상기 몰드부가 팽창됨에 따라 상기 몰드부 내측에 위치한 2차원 재료의 패턴의 굵기가 더 미세해지고 수직으로 정렬되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 따라 제조된 2차원 재료를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 고가의 장비 없이 쉽고 빠르게 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노급 패터닝이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법의 공정 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모세관현상에 의해 혼합용액이 몰드부의 내측으로 이동되는 단계의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴이 형성되는 단계의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료의 이미지이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 톨루엔에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DMF에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 9는 비교예에 따른 물에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법의 공정 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법의 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법은, 먼저, 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계(S10)가 수행될 수 있다.
2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계(S10)에서, 상기 2차원 재료(121)는, 맥신(MXene), 그래핀, rGO, 전이금속 다이칼코제나이, 전이금속 칼코겐화합물, 흑린, 육방정계 질화붕소 중 어느 하나 이상으로 마련된 것일 수 있다.
상기 2차원 재료(121)는 상기 기재한 바에 한정되지 않으며, 2차원 소재로 마련된 것을 모두 포함할 수 있다.
또한, 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계(S10)에서, 상기 유기용매(122)는, diisopropylamine, triethylamince, pentance, xylenes, chloroform, ether, tetrahydrofuran, hexanes, trichloroethylene, n-heptane, cyclohexane, dimethoxyethane, toluene, benzene, chlorobenzene, methylene chloride, t-butyl alcohol, 2-butanone, ethyl acetate, dioxane, 1-propanol, acetone, pyridine, ethyl alcohol, dimethyl carbonate, N-methylpyrrolidone, fimethylformamide, methanol, phenol, propylene carbonate, acetonitrile, perfluorotributylamine, perfluorodecalin, nitromethane, dimethylsulfoxide, ethylene glycol 중 어느 하나 이상으로 마련된 것일 수 있다.
단, 상기 유기용매(122)는 이에 한정되는 것은 아니며 후술할 몰드부의 하부 내측에 침투하여 상기 몰드부(130)를 팽창 및 수축시킬 수 있는 소재를 모두 포함한다.
이처럼, 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계(S10)에서는 상기 2차원 재료(121)를 상기 유기용매(122)에 분산시켜 혼합한 상기 혼합용액(120)을 기판(110)에 떨어트려 위치시키도록 마련될 수 있다.
2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계(S10) 이후에는, 혼합용액 상에 몰드부가 위치되는 단계(S20)가 수행될 수 있다.
혼합용액 상에 몰드부가 위치되는 단계(S20)에서, 상기 몰드부(130)는 상기 혼합용액(120) 상에 위치될 수 있다.
이때, 상기 몰드부(130)는 상기 유기용매를 흡수하여 팽창이 가능하도록 마련된 소재로 이루어질 수 있다.
이러한 소재로서, 상기 몰드부(130)는, PDMS소재로 이루어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 몰드부(130)는 몰드플레이트(131), 몰드연장체(132) 및 몰드그루브(133)를 포함할 수 있다.
상기 몰드플레이트(131)는 상부 및 하부가 평면으로 이루어지며, 도 1의 (b)와 같이, 상기 기판부(110)의 상부를 덮도록 마련될 수 있다.
상기 몰드연장체(132)는 상기 몰드플레이트(131)의 하부를 향해 돌출 형성될 수 있다. 그리고, 상기 몰드연장체(132)는 상기 몰드플레이트(131)의 길이 방향으로 연장 형성되며, 복수로 마련될 수 있다.
이처럼 복수로 마련된 상기 몰드연장체(132)는 상호 평행하게 배치되고, 상호 이격되어 형성될 수 있다.
상기 몰드그루브(133)는 이웃하는 상기 몰드연장체(132)의 사이에 형성되며, 상기 몰드플레이트(131)의 길이 방향으로 그루브 형태로 연장 형성될 수 있다.
즉, 상기 몰드그루브(133)는 상기 몰드연장체(132)가 형성됨에 따라 이웃하는 상기 몰드연장체(132) 사이에 홈을 형성하는 부분을 이루도록 마련될 수 있다.
이때, 복수의 상기 몰드연장체(132)는, 1 내지 3micron의 피치 간격을 갖도록 형성될 수 있다.
혼합용액 상에 몰드부가 위치되는 단계(S20) 이후에는, 모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드부의 내측으로 이동되는 단계(S30)가 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모세관현상에 의해 혼합용액이 몰드부의 내측으로 이동되는 단계의 순서도이다.
도 3을 더 참조하면, 모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드부의 내측으로 이동되는 단계(S30)는 먼저, 위치된 몰드부에 하부를 향해 압력이 가해지는 단계(S31)가 수행될 수 있다.
위치된 몰드부에 하부를 향해 압력이 가해지는 단계(S31)에서, 상기 기판부(110) 상에 뿌려진 상기 혼합용액(120)의 상부를 덮도록 위치된 상기 몰드부(130)가 상기 혼합용액(120) 방향인 하부를 향해 압력을 가하도록 마련될 수 있다.
위치된 몰드부에 하부를 향해 압력이 가해지는 단계(S31) 이후에는, 가해지는 압력에 따라 상기 혼합용액이 모세관 현상에 의해 몰드그루브로 이동되는 단계(S32)가 수행될 수 있다.
가해지는 압력에 따라 상기 혼합용액이 모세관 현상에 의해 몰드그루브로 이동되는 단계(S32)에서는, 도 1의 (c)에 도시된 것처럼, 상기 몰드부(130)가 하부를 향해 압력을 가하게 되면 모세관 현상에 의해 상기 몰드그루브(133)로 상기 혼합용액(120)이 이동되게 된다.
모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드부의 내측으로 이동되는 단계(S30) 이후에는, 내측에 상기 혼합용액이 위치된 상기 몰드부가 순차적으로 팽창 및 수축되어 상기 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계(S40)가 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴이 형성되는 단계의 순서도이다.
도 4를 더 참조하면, 내측에 상기 혼합용액이 위치된 상기 몰드부가 순차적으로 팽창 및 수축되어 상기 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계(S40)는 먼저, 몰드부의 내측의 상기 혼합용액에 포함된 상기 유기용매가 상기 몰드부에 침투하여 상기 몰드부를 팽창시키는 단계(S41)가 수행될 수 있다.
몰드부의 내측의 상기 혼합용액에 포함된 상기 유기용매가 상기 몰드부에 침투하여 상기 몰드부를 팽창시키는 단계(S41)에서는, 상기 몰드그루브(133)에 이동한 혼합용액(120)에 포함된 유기용매(122)가 상기 몰드부(130)에 침투하여 상기 몰드부(130)가 팽창될 수 있다.
상기 몰드부(130)가 팽창되면, 도 1의 (d)에 도시된 것처럼, 상기 몰드그루브(133)의 공간이 좁아지면서 상기 혼합용액(120)의 2차원 재료(121)가 각각의 몰드그루브(133)의 가운데에 모이게 된다.
이처럼, 상기 몰드부(130)가 팽창됨에 따라 상기 몰드부(130) 내측에 위치한 2차원 재료(121)의 패턴의 굵기는 더욱 미세해져 나노화가 되며, 패턴도 수직으로 정렬되게 된다.
몰드부의 내측의 상기 혼합용액에 포함된 상기 유기용매가 상기 몰드부에 침투하여 상기 몰드부를 팽창시키는 단계(S41) 이후에는, 팽창된 몰드부에 침투한 유기용매가 증발되어 상기 몰드부가 수축되는 단계(S42)가 수행될 수 있다.
팽창된 몰드부에 침투한 유기용매가 증발되어 상기 몰드부가 수축되는 단계(S42)에서, 팽창된 몰드부(130)는 상기 몰드부(130)에 침투한 유기용매(122)가 증발됨에 따라 다시 수축되어 원래 형태로 돌아가게 된다.
그러나, 상기 2차원 재료(121)는 상기 몰드부(130)가 팽창하여 집적화된 상태를 그대로 유지하게 된다. 즉, 상기 2차원 재료(121)의 패턴은 나노화되고 수직 방향으로 정렬된 상태를 유지하게 된다.
내측에 상기 혼합용액이 위치된 상기 몰드부가 순차적으로 팽창 및 수축되어 상기 2차원 재료에 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계(S40) 이후에는, 몰드부가 제거되고, 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계(S50)가 수행될 수 있다.
몰드부가 제거되고, 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계(S50)에서, 수축된 상기 몰드부(130)를 제거하면 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료의 이미지이다.
도 5에 도시된 것처럼, 몰드부가 제거되고, 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계(S50)에서 얻은 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료는 미세한 패턴들이 수직 방향으로 정렬되어 적층된 상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 톨루엔에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 6 및 도 7은 톨루엔을 유기용매로하고, 맥신 용액을 2차원 재료로 하여 혼합용액을 형성한 다음, 전술한 방법에 따라 실험을 한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6의 a는 광학현미경 이미지, 도 6의 b는 Atomic force microscopy (AFM) 이미지, 도 6의 c는 Scanning electron microscopy (SEM) 이미지, 도 6의 d는 고배율 SEM 이미지, 도 6의 e는 패턴의 단면 SEM 이미지 (저배율), 도 6의 f는 패턴의 단면 SEM 이미지 (고배율)이다.
그리고, 도 7의 a는 패턴의 단면 transmission electron microscope (TEM) 이미지 (저배율), 도 7의 b는 패턴의 단면 transmission electron microscope(TEM) 이미지 (고배율), 도 7의 c, d는 수직정렬된 MXene layer의 고배율 이미지, 도 7의 e는 도 7의 a에서 원형 점선 영역의 TEM 이미지, 도 7의 f는 a 부분의 Electro diffraction 패턴을 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7의 이미지를 보면 알 수 있듯이 전술한 제조 방법에 따라 제조된 2차원 재료는 패턴이 수직 방향으로 정렬되어 적층된 구조를 이루는 것을 볼 수 있다.
또한, 폭도 200nm 이하로 이루어져 나노 단위의 미세한 패턴이 형성되는 것도 확인된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DMF에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 8은 유기용매를 DMF로 하고, 2차원 재료를 맥신 용액으로 한 혼합용액을 활용하여 형성된 나노 패턴을 볼 수 있다. 이의 이미지에서도 볼수 있듯이 유기용매인 DMF가 톨루엔처럼 PDMS로 이루어진 몰드부(130)에 팽창 및 수축을 일으켜 상기 맥신 용액에 수직으로 정렬된 나노 패턴이 형성되게 한 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 고가의 장비 없이도 쉽고 빠르게 2차원 재료에 수직으로 정렬된 나노 패턴을 형성할 수 있다.
도 9는 비교예에 따른 물에 맥신 용액을 분산시킨 혼합용액을 활용하여 형성된 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 9는 유기용매를 물로 하고, 2차원 재료로 맥신 용액으로 한 혼합 용액을 활용하여 본 발명에 따른 제조방법을 수행한 결과를 나타낸다.
도 9에서 볼 수 있듯이, 유기용매를 본 발명에서 제안한 유기용매가 아닌 물과 같은 수용액 등을 사용할 경우, 혼합용액이 PDMS 몰드부(130)로 침투하지 못하고 오히려 몰드부(130)의 밖으로 밀려나가는 결과를 초래하는 것을 볼 수 있다.
또한 본 발명에서 제안한 유기용매가 아닌 수용액은 몰드부(130)의 팽창(Swelling) 및 수축을 유발하지 못하며 극성차이도 커서 패턴이 제대로 형성되지 못하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법을 사용할 때, 고가의 장비 없이 2차원 재료에 수직으로 정렬된 나노 패턴이 형성되도록 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 기판부
120: 혼합용액
121: 2차원 재료
122: 유기용매
130: 몰드부
131: 몰드플레이트
132: 몰드연장체
133: 몰드그루브

Claims (10)

  1. 몰드플레이트; 상기 몰드플레이트로부터 일측면을 향해 돌출되도록 연장 형성되며 상호 이격되어 형성된 복수의 몰드연장체; 및 이웃하는 상기 몰드연장체 사이에 형성되며 상기 몰드플레이트의 길이 방향으로 함몰된 공간 형태로 연장 형성된 몰드그루브;를 포함하는 몰드부를 이용한 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법에 있어서,
    a) 2차원 재료가 분산된 유기용매로 이루어진 혼합용액이 기판부 상에 위치되는 단계;
    b) 상기 기판부에 위치하는 상기 혼합용액 상에 상기 복수의 몰드연장체가 맞닿으면서 상기 몰드그루브가 형성되도록 상기 몰드부가 위치되는 단계;
    c) 상기 몰드부에 하방 압력이 가해지면서 모세관 현상에 의해 상기 혼합용액이 상기 몰드그루브로 이동되는 단계;
    d) 상기 몰드그루브에 위치하는 상기 혼합용액에 포함된 상기 유기용매가 상기 몰드부에 침투하여 상기 몰드부를 팽창시키면서 상기 몰드그루브에 위치한 2차원 재료를 수직 방향으로 정렬시키고, 팽창된 상기 몰드부로부터 침투한 상기 유기용매가 증발하여 상기 몰드부를 수축시키면서 상기 몰드그루브와 상기 2차원 재료가 분리되어 상기 2차원 재료의 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성되는 단계; 및
    e) 상기 몰드부가 제거되고, 상기 수직 방향으로 정렬된 나노 패턴이 형성된 2차원 재료를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 2차원 재료는,
    맥신(MXene), 그래핀, rGO, 전이금속 다이칼코제나이, 전이금속 칼코겐화합물, 흑린, 육방정계 질화붕소 중 어느 하나 이상으로 마련된 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 유기용매는,
    diisopropylamine, triethylamince, pentance, xylenes, chloroform, ether, tetrahydrofuran, hexanes, trichloroethylene, n-heptane, cyclohexane, dimethoxyethane, toluene, benzene, chlorobenzene, methylene chloride, t-butyl alcohol, 2-butanone, ethyl acetate, dioxane, 1-propanol, acetone, pyridine, ethyl alcohol, dimethyl carbonate, N-methylpyrrolidone, fimethylformamide, methanol, phenol, propylene carbonate, acetonitrile, perfluorotributylamine, perfluorodecalin, nitromethane, dimethylsulfoxide, ethylene glycol 중 어느 하나 이상으로 마련된 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드부는,
    상기 유기용매를 흡수하여 팽창이 가능하도록 마련된 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 몰드부는,
    PDMS소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드연장체는,
    1 내지 3micron의 피치 간격을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 정렬된 나노패턴을 갖는 2차원 재료의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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