KR102500132B1 - Method for Preparing Polymer Colloidal Crystal Patterns Using Organic Solvents - Google Patents

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Abstract

본 개시 내용에서는 조밀 콜로이드 결정 단층막을 형성한 다음, 콜로이드 내 고분자(또는 주성분 고분자)와 유기 용매의 열역학적인 특성에 기초하여, (i) 양용매-비용매의 순차적 조합에 의한 팽윤-수축, 또는 (ii) 물-공용매의 혼합 용매에서 일어나는 공-비용해성을 이용한 수축을 유도하여 비-조밀 콜로이드 결정 단층막을 제조하는 방법이 기재된다.In the present disclosure, after forming a dense colloidal crystal monolayer, based on the thermodynamic properties of the polymer (or main component polymer) and the organic solvent in the colloid, (i) swelling-shrinkage by sequential combination of good solvent and nonsolvent, or (ii) A method for producing a non-dense colloidal crystal monolayer by inducing shrinkage using co-insolubility in a water-co-solvent mixed solvent is described.

Description

유기용매를 이용한 고분자 콜로이드 결정 단층막의 제조방법{Method for Preparing Polymer Colloidal Crystal Patterns Using Organic Solvents}Method for preparing polymer colloidal crystal monolayer using organic solvent {Method for Preparing Polymer Colloidal Crystal Patterns Using Organic Solvents}

본 개시 내용은 유기용매를 이용한 고분자 콜로이드 결정 단층막의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은, 조밀(close-packed) 콜로이드 결정 단층막을 형성한 다음, 콜로이드 내 고분자(또는 주성분 고분자)와 유기 용매의 열역학적인 특성에 기초하여, (i) 양용매-비용매의 순차적 조합에 의한 팽윤-수축, 또는 (ii) 물-공용매의 혼합 용매에서 일어나는 공-비용해성을 이용한 수축을 유도하여 비-조밀(non-close-packed) 콜로이드 결정 단층막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for preparing a polymer colloidal crystal monolayer using an organic solvent. More specifically, the present disclosure, after forming a close-packed colloidal crystal monolayer, based on the thermodynamic properties of the polymer (or main component polymer) and the organic solvent in the colloid, (i) good solvent-non-solvent A method for producing a non-close-packed colloidal crystal monolayer by inducing swelling-shrinkage by the sequential combination of it's about

마이크로스케일 및 나노스케일의 패턴은 일반적으로 리소그래피 및 에칭 방식을 통하여 제조되고 있으며, 택일적으로 콜로이드를 활용한 콜로이드 패턴의 제조 방법으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 콜로이드 패턴의 제조 기술은 "콜로이드 리소그래피"라고 불리우며, 조밀 콜로이드 결정(close-packed colloidal crystal)에 리소그래피 또는 에칭 기법을 적용하여 패턴을 제조하거나 무기 구조체를 제조하는데 활용되어 왔다. Micro-scale and nano-scale patterns are generally manufactured through lithography and etching methods, and can alternatively be implemented by a method of manufacturing colloidal patterns using colloids. In this regard, a colloidal pattern manufacturing technique is called "colloidal lithography" and has been utilized to manufacture patterns or inorganic structures by applying lithography or etching techniques to close-packed colloidal crystals.

리소그래피 및 에칭 기법을 활용할 경우, 패턴을 형성하기 위하여는 특별한 장비를 사용해야 하고, 또한 이에 기초하여 고분자계 기재 또는 기판에 형성된 마이크로/나노수준의 구조체 상에 콜로이드 패턴을 제조할 경우에는 고분자 기재의 표면 또는 구조체의 손상을 최소화하면서 패턴을 형성할 필요가 있기 때문에 매우 정밀한 제조 조건이 요구된다. 따라서, 특별한 장비 없이도 습식 방법을 통하여 패턴을 형성하는 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. When lithography and etching techniques are used, special equipment must be used to form a pattern, and when a colloidal pattern is prepared on a micro/nano level structure formed on a polymer-based substrate or substrate based thereon, the surface of the polymer substrate Alternatively, since it is necessary to form a pattern while minimizing damage to the structure, very precise manufacturing conditions are required. Therefore, research on forming a pattern through a wet method without special equipment has been continuously conducted.

습식 방법을 통한 콜로이드 결정 패턴 제조에 관한 연구는 용액-공기 계면 또는 용액-용액 계면에서 콜로이드를 비조밀(non-close-packed) 패턴으로 형성시킨 다음, 콜로이드가 갖고 있는 전하와 반대 전하를 갖는 기재를 사용하거나, 배열된 콜로이드 입자 사이의 모세관 력이 최소화될 수 있는 조건을 형성시켜 패턴을 제조할 수 있다고 알려져 있다. 다른 방안으로서, 조밀 패턴의 콜로이드 결정 단층막(close-packed colloidal crystal monolayer)을 연성 고분자 기판에 코팅시킨 후, 사용된 연성 고분자 기판을 연신(stretching)시키거나 용매에 의한 팽윤(swelling)을 유도함으로써 비조밀 패턴의 콜로이드 결정 단층막을 제조한 다음, 기판에 전사하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방안은 콜로이드의 농도 및 전하, 분산 매질의 증발 속도 및 주형의 물리적/기계적 특성에 의존한다.Research on the production of colloidal crystal patterns through the wet method involves forming colloids in a non-close-packed pattern at the solution-air interface or solution-solution interface, and then using a substrate with an electric charge opposite to that of the colloid. It is known that a pattern can be prepared by using or by forming conditions that can minimize the capillary force between the arrayed colloidal particles. As another method, after coating a close-packed colloidal crystal monolayer on a soft polymer substrate, stretching the used soft polymer substrate or inducing swelling by a solvent [0003] A method is known in which a non-dense pattern of colloidal crystal monolayer is produced and then transferred to a substrate. These strategies depend on the concentration and charge of the colloid, the evaporation rate of the dispersion medium and the physical/mechanical properties of the mold.

그럼에도 불구하고, 패턴 형성에 있어서 재현성이 있고, 리소그래피/에칭 기법에 비하여 공정이 단순하면서도 용이하게 접근할 수 있는 방법에 대한 연구가 지속적으로 요구된 바 있다. 이에 대하여, 염(salt) 수용액에 침적시키는 간단한 조작을 수행하거나, 또는 수계 매질의 온도 조절을 통하여 패턴을 전환시키는 방법이 제시된 바 있다(국내특허번호 제1864674호, 제2019-0088423호 등). 그러나, 전술한 방안은 염 수용액 또는 수계 매질을 사용하는 점에서 콜로이드 결정 패턴이 도포 가능한 기판의 종류와 같이 다양한 조건 하에서 패턴을 형성하는데 한계가 존재한다.Nevertheless, there has been a continuous demand for research into a method that is reproducible in pattern formation, has a simple process compared to lithography/etching techniques, and is easily accessible. In this regard, a method of converting a pattern by performing a simple operation of immersion in an aqueous salt solution or by adjusting the temperature of an aqueous medium has been proposed (Korean Patent Nos. 1864674, 2019-0088423, etc.). However, the above method has limitations in forming patterns under various conditions, such as the type of substrate to which a colloidal crystal pattern can be applied, in that an aqueous salt solution or an aqueous medium is used.

따라서, 종래 기술이 갖는 기술적 한계를 극복하면서, 조밀 콜로이드 결정 패턴 또는 단층막을 다양한 조건 하에서도 간편한 조작을 통하여 비-조밀 콜로이드 결정 패턴 또는 단층막으로 전환시킬 수 있는 패턴 형성 방안이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a pattern formation method capable of converting a dense colloidal crystal pattern or monolayer film into a non-dense colloidal crystal pattern or monolayer film through simple manipulation under various conditions while overcoming the technical limitations of the prior art.

본 개시 내용에서는 염 수용액 대신에 유기 용매의 선정 및 조합, 그리고 이의 조성을 조절하여 다양한 용도에 용이하게 적용 가능한 고분자 콜로이드 결정 패턴의 제조 방안을 제공하고자 한다.In the present disclosure, it is intended to provide a method for preparing a polymer colloidal crystal pattern that can be easily applied to various uses by selecting and combining organic solvents instead of aqueous salt solutions and controlling the composition thereof.

본 개시 내용의 제1 면에 따르면, According to the first aspect of the present disclosure,

a) 기판의 표면 상에 고분자 콜로이드의 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 형성하는 단계; 및a) forming a monolayer film having a dense crystal pattern of a polymer colloid on a surface of a substrate; and

b) (i) 상기 고분자 콜로이드의 팽윤을 유도할 수 있는 양용매인 제1 유기 용매에 상기 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 접촉시켜 단층막 내 콜로이드를 팽윤시킨 다음, 상기 고분자 콜로이드와 혼화성이 없는 비용매인 제2 유기 용매를 첨가하여 제1 유기 용매와 제2 유기 용매를 포함하는 혼합 용매 내에서 상기 고분자 콜로이드가 단계 a)에서 형성된 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막 내 고분자 콜로이드의 직경보다 작도록 수축을 유도함으로써 고분자 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 형성하거나, 또는 (ii) 물과 공용매를 포함하는 혼합 용매에 상기 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 접촉시켜 공-비용해에 의한 콜로이드의 수축을 유도함으로써 고분자 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 갖는 단층막으로 전환시키는 단계;b) (i) After swelling the colloid in the monolayer film by bringing the monolayer film having the dense crystal pattern into contact with the first organic solvent, which is a good solvent capable of inducing swelling of the colloid polymer, the cost of being incompatible with the colloid polymer A second organic solvent is added to shrink the colloidal polymer in the mixed solvent including the first organic solvent and the second organic solvent so that the diameter of the colloidal polymer is smaller than the diameter of the colloidal polymer in the monolayer film having the dense crystal pattern formed in step a). A monolayer film having a non-dense crystal pattern of a polymer colloid is formed by induction, or (ii) a monolayer film having a dense crystal pattern is brought into contact with a mixed solvent containing water and a co-solvent to cause contraction of the colloid by co-non-dissolution. converting a polymer colloid into a monolayer film having a non-dense crystalline pattern by inducing;

를 포함하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법이 제공된다.A method for producing a non-dense colloidal crystal pattern comprising a is provided.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (i)에서 제1 유기 용매와의 접촉에 의하여 콜로이드가 팽윤되는 경우에 콜로이드와 용매계의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(corrected Flory-Huggins interaction parameter; χα) 값은 0.5 미만이고, 또한 상기 단계 b)의 (i)에서 제2 유기 용매의 첨가에 의하여 콜로이드가 수축되는 경우에 콜로이드와 용매계의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터 값(χα)은 0.5를 초과할 수 있다.According to an exemplary embodiment, when the colloid is swollen by contact with the first organic solvent in (i) of step b), the corrected Flory-Huggins interaction parameter of the colloid and the solvent system (corrected Flory-Huggins When the value of interaction parameter; χ α is less than 0.5, and the colloid is contracted by the addition of the second organic solvent in (i) of step b), the corrected Flory-Huggins interaction parameter of the colloid and the solvent system. The value χ α can exceed 0.5.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a)에서 형성된 콜로이드의 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 및 상기 단계 b)에서 형성된 콜로이드의 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 각각의 격자 상수는 100 nm에서 100 ㎛까지의 범위일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the lattice constant of each of the monolayer film having a colloidal dense colloidal crystal pattern formed in step a) and the monolayer film having a non-dense colloidal crystal pattern of colloid formed in step b) is 100 nm. It can range up to 100 μm.

예시적 구체예에 따르면, 상기 조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막 내 콜로이드 입자 간 거리는 1 nm 미만이고, 또한 상기 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막 내 콜로이드 입자 간 거리는 적어도 1 nm 범위일 수 있다. According to an exemplary embodiment, a distance between colloidal particles in the monolayer of the dense colloidal crystal pattern may be less than 1 nm, and a distance between colloidal particles in the monolayer of the non-dense colloidal crystal pattern may be at least 1 nm.

예시적 구체예에 따르면, 상기 기판은 무기계 기판 또는 유기계 기판으로서, 평평하거나 곡면의(curved) 표면을 갖는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the substrate may be an inorganic substrate or an organic substrate, and may have a flat or curved surface.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (i))에서 혼합 용매 내 제1 유기 용매의 체적 분율은 0.001 내지 0.4 범위에서 조절될 수 있다. According to an exemplary embodiment, in (i)) of step b), the volume fraction of the first organic solvent in the mixed solvent may be adjusted in the range of 0.001 to 0.4.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (i)에서 제2 유기 용매의 첨가에 앞서 제1 유기 용매를 일부 제거하는 단계가 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment, in (i) of step b), a step of partially removing the first organic solvent may be performed prior to adding the second organic solvent.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a)에서 형성된 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드의 입자 직경 및 두께는 각각 100 nm에서 100 ㎛까지의 범위 및 10 nm에서 50 ㎛까지의 범위이고, 그리고 상기 단계 b)에서 형성된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드의 입자 직경 및 두께는 각각 50 nm에서 50 ㎛까지의 범위 및 20 nm에서 30 ㎛까지의 범위일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the particle diameter and thickness of the colloid in the monolayer film having the dense colloidal crystal pattern formed in step a) range from 100 nm to 100 μm and from 10 nm to 50 μm, respectively, and The particle diameter and thickness of the colloid in the monolayer film having the non-dense colloidal crystal pattern formed in step b) may range from 50 nm to 50 μm and from 20 nm to 30 μm, respectively.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (ii)에서 공용매는 탄소수 3 이하의 알코올, DMSO, THF, 1,4-디옥산 및 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the co-solvent in (ii) of step b) may be at least one selected from the group consisting of alcohol having 3 or less carbon atoms, DMSO, THF, 1,4-dioxane, and acetone.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (ii)에서 알코올은 메탄올일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the alcohol in (ii) of step b) may be methanol.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)의 (ii)에서 혼합 용매 내 알코올의 몰 분율은 0.15 내지 0.5 범위에서 조절될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the mole fraction of alcohol in the mixed solvent in (ii) of step b) may be adjusted in the range of 0.15 to 0.5.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)를 수행하는 과정에서, 또는 그 이후에 고정용 성분을 이용하여 상기 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 고정할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the non-dense colloidal crystal pattern may be fixed using a fixing component during or after step b).

본 개시 내용의 제2 면에 따르면,According to a second aspect of the present disclosure,

상술한 방법에 따라 제조된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막을 구비한 광학 소재가 제공된다.An optical material having a monolayer film having a non-dense colloidal crystal pattern manufactured according to the above method is provided.

예시적 구체예에 따르면, 상기 광학 소재는 방현(anti-reflective) 소재일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the optical material may be an anti-reflective material.

조밀 콜로이드 결정 패턴으로부터 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 제조하기 위하여, 기존의 콜로이드 기반의 리소그래피 테크닉은 주로 염 수용액을 적용하기 때문에 적용 분야가 제한되는 문제점이 지적되었으나, 본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 방법은 용매의 선정 및/또는 용매계의 조성을 조절하여 고분자 콜로이드 결정 패턴을 전환시킬 수 있다. 이러한 패턴 전환 시 공정 시간이 짧고 특별한 장치 또는 설비를 요하지 않으면서도 재현성이 높을 뿐만 아니라, 무기계 기판 이외에 고분자 또는 플라스틱과 같은 유기계 기판에도 효과적으로 적용 가능하므로 범용성 면에서도 유리하다. 또한, 평면을 비롯하여 곡면(구체적으로, 볼록 면 또는 오목 면)의 구조화된(structured) 표면 상에서도 패턴 전환을 용이하게 구현할 수 있는 장점을 갖는다. 이외에도, 유리 또는 PET 재질의 투명성 기판에 패턴을 형성시킬 경우, 기판의 광 투과율을 높임으로써 광학 부재로 적용 가능하고, 더 나아가 다양한 산업 분야(예를 들면, 태양광, 디스플레이, 자동차 소재 등)로의 활용 역시 기대된다.In order to prepare a non-dense colloidal crystal pattern from a dense colloidal crystal pattern, the existing colloid-based lithography technique mainly applies an aqueous salt solution, so it has been pointed out that the application field is limited, but provided according to the specific examples of the present disclosure. In this method, the polymer colloidal crystal pattern can be converted by selecting a solvent and/or adjusting the composition of the solvent system. In this pattern conversion, the process time is short and reproducibility is high without requiring special equipment or equipment, and it is also advantageous in terms of versatility because it can be effectively applied to organic substrates such as polymers or plastics in addition to inorganic substrates. In addition, it has the advantage of being able to easily implement pattern conversion even on a structured (structured) surface of a curved surface (specifically, a convex surface or a concave surface) including a flat surface. In addition, when forming a pattern on a transparent substrate made of glass or PET, it can be applied as an optical member by increasing the light transmittance of the substrate, and furthermore, it can be used in various industrial fields (eg, solar, display, automobile materials, etc.) Use is also expected.

도 1은 조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막으로부터 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막을 제조하기 위한 용액 리소그래피의 원리를 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 2는 poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine) 콜로이드의 조밀 결정 단층막의 SEM 사진 (가, 나), 단층막을 먼저 THF 내에 10분 동안 침적시킨 후에 THF/DEE 혼합물(φTHF=0.02) 내에 침적시킴으로써 생성된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 SEM 사진 (침적 시간: 5분(다, 라) 및 10분(마, 바))이고;
도 3은 비용매로서 사용된 THF/DEE 혼합물 내 다양한 THF의 체적 분율(φTHF)에서의 콜로이드 결정 패턴의 형태학적 특성(morphology)을 보여주는 SEM 사진 (가: 0.1, 나: 0.2, 다: 0.3, 라, 마: 0.4, 바: 0.5)이고;
도 4가는 비용매로서 사용된 THF/DEE 혼합물 내 THF의 체적분율(φTHF)에 따른 콜로이드 직경의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4나는 χα에 따른 조밀 단층막의 건조 상태에서의 콜로이드 직경(d0)에 대한 콜로이드 결정 패턴 내 콜로이드 직경(d)의 비를 나타내는 그래프이고;
도 5는 단층막이 먼저 에탄올 내에서 10분 (가, 나) 및 1 시간 (다, 라) 각각에 걸쳐 침적된 다음, 에탄올-DEE 혼합물(φEtOH=0.02) 내에서 10분 동안 침적된 후에 얻어진 콜로이드 결정 패턴을 보여주는 SEM 사진이고;
도 6은 단층막이 먼저 메탄올 내에서 10분에 걸쳐 침적된 다음, 메탄올-DEE 혼합물(φEtOH=0.02) 내에서 10분 동안 침적된 후에 얻어진 콜로이드 결정 패턴을 보여주는 SEM 사진이고;
도 7은 상이한 메탄올의 몰 분율(χM)의 메탄올-물 용액 내에서 실리콘 웨이퍼의 색상을 나타내는 사진 (가), 및 메탄올-물 용액(χM=0.4) 내에 단층막을 침적시킨 후 형성된 콜로이드 결정 패턴을 보여주는 SEM 사진 (나, 다)이고,
도 8은 오목한 곡면의 PDMS(포어 직경: 약 4.5 ㎛)의 표면에 형성된 콜로이드 패턴을 보여주는 SEM 사진 (가-다) 이고,
도 9는 PET 필름 상에 형성된 콜로이드 결정 패턴을 보여주는 SEM 사진 (가, 나)이고,
도 10은 글라스 슬라이드 및 이에 조밀 콜로이드 단층막 및 콜로이드 결정 패턴이 각각 코팅된 경우의 투과율(transmittance), 그리고 PET 필름 및 이에 조밀 콜로이드 단층막 및 콜로이드 결정 패턴이 각각 코팅된 경우의 투과율을 나타내는 그래프 (가, 나)이고,
도 11은 슬라이드 글라스 및 PET 필름 각각이 NOA 68 광경화형 고분자 박막으로 고정된 패턴을 보여주는 SEM 사진 (가, 나), 슬라이드 글라스 및 PET 필름 각각에 있어서 고정화되지 않은 콜로이드 결정 패턴 및 NOA 68 광경화형 고분자 박막으로 고정화된 패턴의 투과율을 나타내는 그래프 (다, 라)이고, 그리고
도 12는 메탄올-물 용액(χM=0.15) 내에서 글루타르알데히드로 6 시간 동안 고정된 콜로이드 결정 패턴을 보여주는 SEM 사진 (가, 나)이다.
1 is a diagram schematically showing the principle of solution lithography for producing a monolayer film of a non-dense colloidal crystal pattern from a monolayer film of a dense colloidal crystal pattern;
Figure 2 is a SEM photograph (A, B) of a poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine) colloidal dense crystalline monolayer. The monolayer was first immersed in THF for 10 minutes and then immersed in a THF/DEE mixture (φ THF = 0.02). SEM pictures of non-dense colloidal crystal patterns produced by immersion (immersion time: 5 minutes (C, D) and 10 minutes (E, F));
3 is a SEM photograph showing the morphology of colloidal crystal patterns at various volume fractions (φ THF ) of THF in a THF/DEE mixture used as a non-solvent (A: 0.1, B: 0.2, C: 0.3 , Ra, Ma: 0.4, Bar: 0.5);
4 is a graph showing the change in colloidal diameter according to the volume fraction of THF (φ THF ) in the THF/DEE mixture used as a non-solvent, and FIG . 0 ) is a graph showing the ratio of the colloidal diameter (d) in the colloidal crystal pattern;
5 is obtained after the monolayer was first deposited in ethanol for 10 minutes (A, B) and 1 hour (C, D), respectively, and then deposited in an ethanol-DEE mixture (φ EtOH =0.02) for 10 minutes. SEM pictures showing colloidal crystal patterns;
Fig. 6 is a SEM photograph showing the colloidal crystal pattern obtained after the monolayer was first immersed in methanol over 10 minutes and then in a methanol-DEE mixture (φ EtOH = 0.02) for 10 minutes;
7 is a photograph showing the color of a silicon wafer in a methanol-water solution of different mole fractions of methanol (χ M ) (a), and colloidal crystals formed after immersing a monolayer film in a methanol-water solution (χ M = 0.4). SEM pictures showing the pattern (B, C),
8 is a SEM photograph (a-c) showing a colloidal pattern formed on the surface of concave curved PDMS (pore diameter: about 4.5 μm),
9 is an SEM photograph (a, b) showing a colloidal crystal pattern formed on a PET film;
10 is a graph showing transmittance when a glass slide and a dense colloidal monolayer film and a colloidal crystal pattern are respectively coated on a glass slide, and transmittance when a PET film and a dense colloidal monolayer film and a colloidal crystal pattern are respectively coated on the glass slide ( go, i) and
11 is a SEM photograph (a, b) showing a pattern fixed to a NOA 68 photocurable polymer thin film on a slide glass and a PET film, respectively, and a non-fixed colloidal crystal pattern and NOA 68 photocurable polymer on the slide glass and PET film, respectively. It is a graph (C, D) showing the transmittance of the pattern immobilized as a thin film, and
FIG. 12 is SEM photographs (a, b) showing colloidal crystal patterns fixed with glutaraldehyde in a methanol-water solution (χ M =0.15) for 6 hours.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.The present invention can all be achieved by the following description. The following description should be understood as describing preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. In addition, the accompanying drawings are for understanding, and the present invention is not limited thereto, and details of individual components can be properly understood by the specific purpose of the related description to be described later.

본 명세서에 있어서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.Terms used in this specification may be defined as follows.

"조밀(close-packed)"은 광 결정을 형성하기 위하여 사용된 콜로이드들이 서로 밀접하게(조밀하게) 배열하거나 접촉하면서 결정을 형성하고 있는 상태인 경우의 광 결정을 의미할 수 있고, 보다 구체적으로는 콜로이드가 구형 입자의 경우에는 격자 상수(lattice constant)가 입자의 구경(diameter)과 실질적으로 일치할 경우의 콜로이드 결정 상태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 한편, "비-조밀(non-close-packed)"은 광 결정을 형성하기 위하여 사용된 콜로이드들이 접촉되지 않고 소정 간격을 유지하며(조밀하지 않게 또는 비-조밀하게) 결정을 형성하고 있는 상태인 경우의 광 결정을 의미할 수 있고, 보다 구체적으로는 콜로이드가 구형 입자의 경우에는 격자상수는 입자의 구경과 입자 간의 간격(또는 거리)의 합으로 표현될 수 있을 때의 콜로이드 결정 상태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "Close-packed" may refer to a photonic crystal in a state where the colloids used to form the photonic crystal form the crystal while closely (closely) arranging or contacting each other, and more specifically, In the case where the colloid is a spherical particle, it can be understood to mean a colloidal crystal state when the lattice constant substantially matches the diameter of the particle. On the other hand, "non-close-packed" is a state in which the colloids used to form the photonic crystal are not contacted and maintain a predetermined distance (not densely or non-densely) to form the crystal. It can mean the photonic crystal of the case, and more specifically, when the colloid is a spherical particle, the lattice constant can be expressed as the sum of the aperture of the particle and the spacing (or distance) between the particles. can be understood as

"나노 스케일"은 포괄적으로는 특징부(feature)의 최대 치수가 나노미터 수준, 예를 들면 약 0.1 내지 1000 nm, 구체적으로 약 1 내지 700 nm 범위인 것을 의미할 수 있다.“Nanoscale” can broadly mean that the largest dimension of a feature is on the nanometer scale, for example in the range of about 0.1 to 1000 nm, specifically about 1 to 700 nm.

"연성(soft)"은 소정 스트레인 레벨(예를 들면, 약 1 내지 1000%, 구체적으로 약 10 내지 500%)에서 손상 또는 파괴되지 않는 방식으로 가역적으로 변형(예를 들면, 팽창 또는 수축) 가능한 재료의 성상을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.“Soft” means capable of reversibly deforming (eg, expanding or contracting) in a manner that does not damage or break at a given strain level (eg, from about 1 to 1000%, specifically from about 10 to 500%). It can be understood to mean the properties of the material.

"외부 자극 응답성"은 외부 자극(external stimuli)에 따라 변화하는 거동을 나타내는 성질을 의미하는 것으로 이해될 수 있다."External stimulus responsiveness" can be understood to mean a property that exhibits a behavior that changes according to external stimuli.

"하이드로겔"은 "수화겔"로서 불리우며, 일반적으로 친수성 단량체의 가교 중합체로서 다량의 물을 흡수할 수 있는 3차원적, 친수성 또는 양친매성 고분자 네트워크를 의미할 수 있다. 이러한 고분자 네트워크는 단일중합체 또는 공중합체일 수 있고, 공유 화학적 또는 물리적(이온성, 소수성 상호작용, 얽힘 현상 등) 가교 연결의 존재로 인하여 불용성을 나타낸다. 그 결과, 하이드로겔은 수계 매질 내에서 팽윤하고 수축될 수 있다."Hydrogel" is also called "hydrogel" and can refer to a three-dimensional, hydrophilic or amphiphilic polymer network capable of absorbing large amounts of water, usually as a cross-linked polymer of hydrophilic monomers. These polymer networks may be homopolymers or copolymers and exhibit insolubility due to the presence of covalent chemical or physical (ionic, hydrophobic interactions, entanglement, etc.) cross-links. As a result, the hydrogel can swell and contract in an aqueous medium.

"용해도 파라미터"는 임의의 물질이 다른 물질 내 용해되어 용액을 형성하는지 여부를 예측하기 위한 지표를 의미할 수 있는 바, 하기 수학식 1로 표시될 수 있다."Solubility parameter" may refer to an index for predicting whether a certain substance dissolves in another substance to form a solution, and may be represented by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112022076561980-pat00001
Figure 112022076561980-pat00001

상기 식에서, δD는 분산 힘(dispersion forces), δp는 영구 쌍극자 힘 (permanent dipole-permanent dipole forces), 그리고 δH는 수소 결합 힘(hydrogen bonding forces)을 의미한다. 용해도 파라미터에 관한 세부 사항은 "HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS, A User's Handbook," Charles M. Hansen, Second Edition, CRC Press, 2007에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서의 참고자료로 포함된다.In the above equation, δ D is dispersion forces, δ p is permanent dipole-permanent dipole forces, and δ H is hydrogen bonding forces. Details on solubility parameters are described in "HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS, A User's Handbook," Charles M. Hansen, Second Edition, CRC Press, 2007, which is incorporated herein by reference.

"접촉한다"는 협의로는 2개의 대상 간의 직접적인 접촉을 의미하기는 하나, 광의로는 임의의 추가 구성 요소가 개재될 수 있는 것으로 이해될 수 있다."Contacting" narrowly means direct contact between two objects, but in a broad sense it can be understood that any additional component may be intervened.

"상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층(중간층) 또는 구성 요소가 개재되거나 존재할 수도 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에" 및 "아래에"라는 표현 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, "순차적으로"라는 표현 역시 상대적인 위치 개념으로 이해될 수 있다. It can be understood that the expressions "on" and "above" are used to refer to the concept of relative position. Therefore, not only when other components or layers are directly present in the mentioned layers, other layers (intermediate layers) or components may be interposed or present therebetween. Similarly, the expressions “under”, “under” and “below” and “between” may also be understood as relative concepts of position. In addition, the expression “sequentially” may also be understood as a relative positional concept.

본 명세서에 있어서, 어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성 요소 및/또는 단계를 더 포함할 수 있음을 의미한다. In this specification, when it is said that a certain component is "included", it means that it may further include other components and / or steps unless otherwise stated.

본 개시 내용의 일 구체예에 따르면, 기판 상에 조밀 콜로이드 결정 단층막을 형성한 후, (i) 양용매-비용매의 순차적 조합에 의한 팽윤 및 수축, 또는 (ii) 물-공용매의 조합에서 일어나는 공-비용해성을 이용한 수축을 유도하여 비조밀 콜로이드 결정 단층막을 제조하는 방법이 제공된다.According to one embodiment of the present disclosure, after forming a dense colloidal crystal monolayer on a substrate, (i) swelling and shrinkage by sequential combination of good solvent and non-solvent, or (ii) in combination of water and co-solvent A method for producing a non-dense colloidal crystal monolayer by inducing shrinkage using co-insolubility that occurs is provided.

일 구체예에 따르면, 기판 상에 형성된 외부자극 응답성 고분자 입자(구체적으로 나노입자) 콜로이드의 결정성 단층막(구체적으로 2차원의 결정 패턴)은 외부 자극으로서 콜로이드를 둘러싸는 매질(구체적으로, 용매계)과 콜로이드를 구성하는 고분자(특히, 주된 고분자)와의 열역학적 상호작용에 의하여 구조 변화를 겪게 된다. 이때, 콜로이드 입자의 크기(또는 직경)가 콜로이드 주변의 용매계와 고분자 간의 상호 작용에 의하여 변화하게 되고, 초기의 조밀 콜로이드 결정 패턴으로부터 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 전환되는 원리를 이용한다. According to one embodiment, a crystalline monolayer (specifically, a two-dimensional crystal pattern) of a colloid of external stimulus-responsive polymer particles (specifically, nanoparticles) formed on a substrate is a medium surrounding the colloid (specifically, Structural change occurs due to thermodynamic interaction between the solvent system) and the polymer constituting the colloid (especially, the main polymer). At this time, the principle that the size (or diameter) of the colloidal particles is changed by the interaction between the solvent system and the polymer around the colloid, and the initial dense colloidal crystal pattern is converted into a non-dense colloidal crystal pattern is used.

이와 같이, 조밀 결정 패턴이 비-조밀 결정 패턴으로 전환된 후에는 서로 구별 가능한 광 특성(구체적으로 기판의 색상)을 나타낼 수 있고, 육안 또는 기기를 이용하여 그 변화를 인식하거나 식별할 수 있다. In this way, after the dense crystal pattern is converted into a non-dense crystal pattern, distinguishable optical characteristics (specifically, color of the substrate) may be exhibited, and the change may be recognized or identified using the naked eye or a device.

예시적 구체예에 따르면, 조밀 콜로이드 결정 패턴 또는 단층막(건조된 상태)에 있어서, 이를 구성하는 콜로이드 입자의 치수는 전형적으로 나노 스케일일 수 있으나, 경우에 따라서는 마이크로 스케일(예를 들면, 특징부의 최대 치수가 마이크로미터 수준)일 수 있다, 일 예로서, 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드의 입자 사이즈(직경)는, 약 100 nm에서 약 100 ㎛까지, 구체적으로 약 150 nm에서 약 10 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 200 nm에서 약 2 ㎛까지의 범위일 수 있다. 또한, 콜로이드의 두께(높이)는, 예를 들면 약 10 nm에서 약 50 ㎛까지, 구체적으로 약 20 nm에서 약 5 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 50 nm에서 약 1 ㎛까지의 범위일 수 있다. 다만, 전형적으로, 조밀 패턴 내 콜로이드 입자 사이즈 및 두께는 나노 스케일 범위(특징부의 최대 치수가 약 1000 nm까지)일 수 있으며, 또한 상술한 콜로이드 입자의 사이즈 및 두께는 예시적인 취지로 이해될 수 있다.According to an exemplary embodiment, in a dense colloidal crystal pattern or monolayer film (in a dried state), the colloidal particles constituting the same may typically have a nanoscale dimension, but in some cases, a microscale (e.g., characteristic As an example, the particle size (diameter) of a colloid in a monolayer film having a dense colloidal crystal pattern ranges from about 100 nm to about 100 μm, specifically from about 150 nm to about 100 μm. up to 10 μm, more specifically from about 200 nm to about 2 μm. In addition, the thickness (height) of the colloid may range, for example, from about 10 nm to about 50 μm, specifically from about 20 nm to about 5 μm, and more specifically from about 50 nm to about 1 μm. However, typically, the size and thickness of the colloidal particles in the dense pattern may be in the nanoscale range (up to about 1000 nm in the maximum dimension of the feature), and the size and thickness of the colloidal particles described above may be understood as exemplary. .

예시적 구체예에 따르면, 조밀 콜로이드 결정 패턴에 있어서, 콜로이드 입자들 간 거리 또는 간격(s)은, 예를 들면 약 1 nm 미만(구체적으로 약 0.1 nm 이하, 보다 구체적으로는 실질적으로 서로 접촉된 상태)이고, 이때 직경/두께의 비는, 예를 들면 약 2 내지 10(구체적으로 약 3 내지 9, 보다 구체적으로 약 4 내지 8) 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, in the dense colloidal crystal pattern, the distance or spacing (s) between the colloidal particles is, for example, less than about 1 nm (specifically less than about 0.1 nm, more specifically substantially in contact with each other). State), and at this time, the ratio of diameter/thickness may be, for example, in the range of about 2 to 10 (specifically about 3 to 9, more specifically about 4 to 8).

한편, 비-조밀 콜로이드 결정 패턴에 있어서, 콜로이드 입자 사이즈(직경)는, 예를 들면 약 50 nm에서 약 50 ㎛까지, 구체적으로 약 100 nm에서 약 5 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 500 nm 내지 1 ㎛까지의 범위일 수 있고, 또한 이의 두께(또는 높이)는, 예를 들면 약 20 nm에서 약 30 ㎛까지, 구체적으로 약 40 nm에서 약 2.5 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 50 nm 내지 약 0.5 ㎛ 범위일 수 있다. 또한, 콜로이드 입자들 간 거리 또는 간격(s)은, 예를 들면 적어도 약 1 nm(구체적으로 약 3 nm에서 약 10 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 5 nm에서 약 1 ㎛까지, 특히 구체적으로 약 10 nm에서 약 0.1 ㎛까지)이고, 직경/두께의 비는, 예를 들면 약 1 내지 5(구체적으로 약 1 내지 3, 보다 구체적으로 약 1 내지 2) 범위일 수 있다. 다만, 전형적으로, 비조밀 패턴 내 콜로이드 입자 사이즈 및 두께는 나노 스케일 범위(특징부의 최대 치수가 약 1000 nm까지)일 수 있으며, 또한 상술한 콜로이드 입자의 사이즈 및 두께는 예시적인 취지로 이해될 수 있다.On the other hand, in the non-dense colloidal crystal pattern, the colloidal particle size (diameter) is, for example, from about 50 nm to about 50 μm, specifically from about 100 nm to about 5 μm, more specifically from about 500 nm to 1 μm, and its thickness (or height) is, for example, from about 20 nm to about 30 μm, specifically from about 40 nm to about 2.5 μm, more specifically from about 50 nm to about 0.5 μm. range can be In addition, the distance or interval (s) between the colloidal particles is, for example, at least about 1 nm (specifically, from about 3 nm to about 10 μm, more specifically from about 5 nm to about 1 μm, particularly specifically about 10 nm to about 0.1 μm), and the diameter/thickness ratio may range, for example, from about 1 to 5 (specifically from about 1 to 3, more specifically from about 1 to 2). However, typically, the size and thickness of the colloidal particles in the non-dense pattern may be in the nanoscale range (up to about 1000 nm in the maximum dimension of the feature), and the size and thickness of the colloidal particles described above may be understood as exemplary. there is.

예시적 구체예에 따르면, 조밀 콜로이드 결정 패턴으로부터 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 전환이 이루어지는 경우에도 결정 패턴의 격자 상수(lattice constant)는, 예를 들면 약 100 nm에서 약 100 ㎛까지, 구체적으로 약 150 내지 700 nm, 보다 구체적으로 약 200 내지 500 nm 범위 내에서 유지될 수 있고, 따라서 결정 특성(또는 광 결정 특성)이 실질적으로 유지될 수 있다.According to an exemplary embodiment, even when a transition is made from a dense colloidal crystal pattern to a non-dense colloidal crystal pattern, the lattice constant of the crystal pattern is, for example, about 100 nm to about 100 μm, specifically about 150 to 700 nm, more specifically, within a range of about 200 to 500 nm, and thus crystal properties (or photonic crystal properties) can be substantially maintained.

예시적 구체예에 따르면, 콜로이드를 구성하는 고분자는 당업계에서 공지된 외부 자극 응답성의 고분자, 예를 들면 하이드로겔 고분자가 이에 해당될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the polymer constituting the colloid may be a polymer having a response to external stimuli known in the art, for example, a hydrogel polymer.

예시적 구체예에 따르면, 이러한 하이드로겔 고분자는 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드)[poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-알릴아민)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-2-(디메틸아미노)에틸 메타아크릴레이트)[poly(Nisopropylacrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate), poly(NIPAM-co-DMAEMA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-2-(디메틸아미노)에틸아크릴레이트)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl acrylate), poly(NIPAM-co-DMAEA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-아크릴산)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-acrylic acid), poly(NIPAM-co-AAc)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-메타아크릴산)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-methacrylic acid), poly(NIPAM-co-MAAc)], 폴리(N,N-디에틸아크릴아미드)[poly(N,N-diethylacrylamide)], 폴리(N-비닐카프롤락탐)[poly(N-vinlycaprolactam)], 폴리(에틸렌글리콜)[poly(ethylene glycol)], 폴리(에틸렌글리콜-b-프로필렌글리콜-b-에틸렌글리콜)[poly(ethylene glycol-b-propylene glycol-b-ethylene glycol)]로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 고분자는 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드)일 수 있다.According to exemplary embodiments, these hydrogel polymers are poly(N-isopropylacrylamide) [poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM], poly(N-isopropyl acrylamide-co-allylamine) [poly(N -isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)[poly(Nisopropylacrylamide-co-2- (dimethylamino)ethyl methacrylate), poly(NIPAM-co-DMAEMA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethylacrylate)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-2- (dimethylamino)ethyl acrylate), poly(NIPAM-co-DMAEA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-acrylic acid)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-acrylic acid), poly(NIPAM-co- AAc)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-methacrylic acid), poly(NIPAM-co-MAAc)], poly(N,N-diethyl Acrylamide)[poly(N,N-diethylacrylamide)], poly(N-vinylcaprolactam)[poly(N-vinlycaprolactam)], poly(ethylene glycol)[poly(ethylene glycol)], poly(ethylene glycol- It may be at least one selected from the group consisting of b-propylene glycol-b-ethylene glycol) [poly(ethylene glycol-b-propylene glycol-b-ethylene glycol)]. According to certain embodiments, the polymer may be poly(N-isopropyl acrylamide).

특정 구체예에 따르면, 콜로이드를 형성하는 고분자는 LCST(lower critical solution temperature)를 가질 수 있는 바, 이때 LCST는, 예를 들면 약 0 내지 100 ℃, 구체적으로 약 10 내지 70 ℃, 보다 구체적으로 약 25 내지 60 ℃ 범위 내에서 정하여질 수 있다. 이와 같이, LCST를 갖는 고분자는 후술하는 바와 같이 물-공용매(특히, 알코올)의 조합에서 일어나는 공-비용해성를 이용하여 조밀 패턴을 비조밀 패턴으로 전환시키는 경우에 적용 가능하다.According to a specific embodiment, the colloid-forming polymer may have a lower critical solution temperature (LCST), wherein the LCST is, for example, about 0 to 100 °C, specifically about 10 to 70 °C, more specifically about It may be set within the range of 25 to 60 °C. As described below, the polymer having LCST is applicable when a dense pattern is converted into a non-dense pattern using co-insolubility occurring in a combination of water and a co-solvent (particularly, alcohol).

다른 구체예에 따르면, 콜로이드 입자의 재질로서 하이드로겔 고분자로 구성된 고분자 입자이외의 다양한 고분자로 구성된 입자를 사용하여 콜로이드 패턴을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 특정 고분자로 제조되는 입자가 특정 유기 용매에 의하여 팽윤될 수 있다면, 해당 용매는 양용매(제1 유기 용매)로 작용할 수 있으며, 고분자 입자가 특정 용매에 의하여 팽윤되지 않는 경우(예를 들면, 콜로이드 입자를 구성하는 고분자가 해당 용매에 대하여 혼화성이 낮거나 없는 경우), 이러한 용매는 비용매(제2 유기 용매)로서 패턴화 프로세스에 적용 가능하다.According to another embodiment, the colloidal pattern can be formed using particles composed of various polymers other than polymer particles composed of hydrogel polymers as the material of the colloidal particles. In this regard, if the particles made of a specific polymer can be swollen by a specific organic solvent, the solvent can act as a good solvent (first organic solvent), and if the polymer particles are not swollen by a specific solvent (eg For example, when the polymer constituting the colloidal particles has low or no miscibility with the corresponding solvent), this solvent can be applied to the patterning process as a non-solvent (second organic solvent).

일 예로서, 가교된 형태의 폴리스티렌 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트) 입자의 경우, 물에 의하여 팽윤되는 하이드로겔 고분자에 해당되지 않는다. 그러나, 양용매인 THF 및 디클로로메탄과 같은 유기 용매에 의하여 팽윤될 수 있으며, 이후 디에틸에테르와 같은 비용매를 사용할 경우, 조밀 패턴에서 비조밀 패턴으로 전환시킬 수 있다. 이러한 관점에서, 폴리스티렌 및 PMMA 이외에도, 폴리(에틸렌 글리콜)을 기반으로 하는 고분자 입자, 폴리(프로필렌 글리콜)을 기반으로 하는 고분자 입자 등도 유기 용매의 선택 여하에 따라서는 적용 가능할 수 있다. As an example, in the case of cross-linked polystyrene or poly(methyl methacrylate) particles, they do not correspond to hydrogel polymers that swell with water. However, it can be swollen by organic solvents such as THF and dichloromethane, which are good solvents, and can be converted from a dense pattern to a non-dense pattern when a non-solvent such as diethyl ether is used. From this point of view, in addition to polystyrene and PMMA, polymer particles based on poly(ethylene glycol), polymer particles based on poly(propylene glycol), and the like may also be applicable depending on the selection of the organic solvent.

따라서, 본 구체예에서와 같이 염 수용액이 아닌 유기용매를 사용하여 비조밀 패턴을 형성하는 방법의 가장 큰 장점 중 하나는 사용되는 콜로이드의 종류가 물에 의하여 팽윤될 수 있는 하이드로겔에 한정되지 않고, 다양한 고분자로 이루어지는 입자로 이루어지는 조밀 패턴의 결정 단층막을 비조밀 패턴으로 전환시키고자 하는 경우에 특히 유용하다. Therefore, one of the biggest advantages of the method of forming a non-dense pattern using an organic solvent rather than an aqueous salt solution as in the present embodiment is that the type of colloid used is not limited to hydrogels that can be swollen by water. , It is particularly useful when it is desired to convert a dense pattern crystal monolayer film composed of particles made of various polymers into a non-dense pattern.

콜로이드의 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막의 형성Formation of a monolayer film having a colloidal dense colloidal crystal pattern

일 구체예에 따르면, 먼저 기판 상에 기판 상에 콜로이드 입자의 조밀 결정 패턴을 형성하는 단계가 수행되는 바, 특정 방식으로 한정되는 것은 아니지만, 하기와 같은 예시적 방법으로 구현할 수 있다:According to one embodiment, a step of forming a dense crystal pattern of colloidal particles on a substrate is first performed on a substrate, which is not limited to a specific method, but may be implemented in the following exemplary method:

이와 관련하여, 기판은 전형적으로 평평한 표면(flat surface)을 제공할 수 있는 것일 수 있다. 다른 구체예에 따르면, 곡면의(curved) 표면, 예를 들면 마이크로 스케일을 갖는 곡면(볼록 또는 오목) 표면을 가질 수 있다. 이때, 곡면의 표면의 곡률 반경은, 예를 들면 적어도 약 100 nm, 구체적으로 약 500 nm에서 약 500 ㎛까지, 보다 구체적으로 약 1 내지 100 ㎛까지, 특히 구체적으로 약 2 내지 30 ㎛의 범위일 수 있다. 특정 구체예에서는 곡률 반경은 약 3 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다. 또한, 예시적으로, 오목한 표면의 경우, 이의 포어 직경은 예를 들면 약 1 내지 8 ㎛, 구체적으로 약 2 내지 6 ㎛, 보다 구체적으로 약 2.5 내지 5 ㎛, 특히 구체적으로 약 3 내지 4 ㎛ 범위일 수 있다. 이러한 곡면의 표면을 갖는 기판(즉, 구조화된 기판)은 공지된 방법을 통하여 제작할 수 있는 바, 예를 들면 본 발명자의 국내특허출원번호 제2019-6087호에 개시되어 있다. 상기 문헌은 본 개시 내용의 참고자료로 포함된다.In this regard, the substrate may typically be one capable of providing a flat surface. According to another embodiment, it may have a curved surface, for example, a curved (convex or concave) surface having a micro scale. At this time, the radius of curvature of the surface of the curved surface is, for example, at least about 100 nm, specifically from about 500 nm to about 500 μm, more specifically from about 1 to 100 μm, particularly from about 2 to about 30 μm. can In certain embodiments, the radius of curvature may range from about 3 to 10 μm. Also, illustratively, in the case of a concave surface, its pore diameter ranges, for example, from about 1 to 8 μm, specifically from about 2 to 6 μm, more specifically from about 2.5 to 5 μm, particularly from about 3 to 4 μm. can be A substrate having such a curved surface (ie, a structured substrate) can be manufactured through a known method, and is disclosed in, for example, Korean Patent Application No. 2019-6087 of the present inventors. These documents are incorporated by reference into the present disclosure.

예시적 구체예에 따르면, 기판은 콜로이드 입자들의 결정 패턴을 형성시킬 수 있는 한, 이의 재질 역시 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 무기 및/또는 유기 기반의 재질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 기판 재질로서 실리콘 웨이퍼, 규소/규소산화물 재질의 유리, 석영 커버글라스, ITO(indium tin oxide), ZnO, TiO2, 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane); PDMS), 폴리우레탄 (polyurethane), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate); PMMA), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethylene terephtalate); PET)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나(공중합체 또는 이의 혼합물 포함)를 사용할 수 있다. 또한, 기판의 치수(예를 들면, 두께, 및/또는 길이 또는 폭)는 사용되는 재료의 두께를 자유롭게 조절할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 기판의 두께는, 예를 들면 적어도 약 50 ㎛, 구체적으로 적어도 약 100 ㎛, 보다 구체적으로 적어도 약 200 ㎛일 수 있으며, 상업적으로는 수십 마이크로미터 이상, 더 나아가 수십 밀리미터까지의 두께 범위도 가능하다.According to an exemplary embodiment, as long as the substrate can form a crystal pattern of colloidal particles, the material thereof is not particularly limited, and various inorganic and/or organic-based materials may be used. For example, as a substrate material, silicon wafer, silicon/silicon oxide glass, quartz cover glass, ITO (indium tin oxide), ZnO, TiO 2 , poly(dimethylsiloxane); PDMS), polyurethane ), polyimide (polyethylene; PE), polypropylene (PP), poly(methyl methacrylate); PMMA), polystyrene (PS), and polyethylene terephthalate ( At least one selected from the group consisting of poly(ethylene terephtalate); PET) (including copolymers or mixtures thereof) may be used. In addition, the dimensions (for example, thickness, and/or length or width) of the substrate are not particularly limited as long as the thickness of the material used can be freely adjusted. Illustratively, the thickness of the substrate may be, for example, at least about 50 μm, specifically at least about 100 μm, more specifically at least about 200 μm, and commercially a thickness of tens of micrometers or more, and even up to several tens of millimeters. range is also possible.

이와 관련하여, 종래 기술에서와 같이 염 수용액을 사용할 경우, 무기계 기판 중 금속 재질의 기판(예를 들면, 구리계 기판, 일루미늄계 기판 등)에서는 종류에 따라 산화물을 형성할 수 있는 바, 이러한 기판을 사용해도 패턴을 형성할 수는 있으나, 특히 염 수용액 사용에 의하여 부식 가능성이 있기 때문에 유기용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 더 나아가, 후술한 바와 같이, 유기용매를 사용하여 임의의 기판에 패턴을 형성할 경우, 보다 많은 자유도로 해당 기판에 가장 적합한 패턴방법을 적용할 수 있고, 콜로이드 형성용 고분자 역시 하이드로겔 고분자로 한정되지 않고, 다양한 고분자를 사용할 수 있는 등, 앞서 나열된 기판이외에 다양한 종류의 기판을 사용할 수 있다. 따라서, 본 구체예에서는 기판의 선택 범위를 실질적으로 넓힐 수 있는 장점을 제공한다.In this regard, when an aqueous salt solution is used as in the prior art, an oxide may be formed depending on the type on a metal substrate (eg, a copper-based substrate, an aluminum-based substrate, etc.) among inorganic substrates. Although a pattern can be formed using a substrate, it may be preferable to use an organic solvent because there is a possibility of corrosion due to the use of an aqueous salt solution. Furthermore, as described later, when forming a pattern on an arbitrary substrate using an organic solvent, the pattern method most suitable for the substrate can be applied with more freedom, and the colloid-forming polymer is also limited to the hydrogel polymer. In addition to the substrates listed above, various types of substrates may be used, such as various polymers may be used. Therefore, the present embodiment provides the advantage of substantially broadening the selection range of substrates.

예시적 구체예에 따르면, 조밀 패턴을 형성하기 위하여, 먼저 콜로이드 입자의 분산물을 제조할 수 있다. 이때, 콜로이드 입자를 구성하는 고분자가 하이드로겔 고분자인 경우, 필요에 따라서는 매질(구체적으로 수계 매질)의 온도를 조절하여 조밀 패턴의 형성을 유도할 수 있다. 일 예로서, 상대적으로 낮은 온도(예를 들면, LCST 미만의 온도)에서는 큰 직경을 갖는 반면, 상대적으로 높은 온도(예를 들면, LCST를 초과하는 온도)에서는 작은 직경을 가질 수 있다. 즉, LCST 미만의 온도에서 고분자 사슬이 수화되어 팽윤 또는 팽창하는 반면, LCST 또는 이를 초과하는 온도에서는 탈수되어 코일에서 구형의 전이(coil-to-globular transition)의 형태를 가지면서 수축된다. 예시적으로, 수계 매질의 온도에 따라 콜로이드 입자의 직경(예를 들면, 수력학적 직경)은, 약 1 내지 70%, 구체적으로 약 10 내지 60%, 보다 구체적으로 약 20 내지 50% 범위에서 변화할 수 있다. 이처럼, 수계 매질의 온도 조절 등을 통하여 조밀 패턴을 형성하는 단층막 내 콜로이드의 치수를 조절할 수도 있다.According to an exemplary embodiment, in order to form a dense pattern, a dispersion of colloidal particles may be prepared first. At this time, when the polymer constituting the colloidal particles is a hydrogel polymer, the formation of a dense pattern may be induced by adjusting the temperature of the medium (specifically, the aqueous medium) if necessary. As an example, it may have a large diameter at a relatively low temperature (eg, below the LCST), while having a small diameter at a relatively high temperature (eg, above the LCST). That is, at a temperature lower than the LCST, the polymer chain hydrates and swells or expands, while at a temperature equal to or higher than the LCST, it dehydrates and contracts in the form of a coil-to-globular transition. Illustratively, depending on the temperature of the aqueous medium, the diameter (eg, hydrodynamic diameter) of the colloidal particles varies in the range of about 1 to 70%, specifically about 10 to 60%, and more specifically about 20 to 50%. can do. As such, the size of the colloid in the monolayer film forming the dense pattern may be controlled by controlling the temperature of the aqueous medium.

그 다음, 수분산물을 정치된 수계 매질(물)의 표면에 첨가(예를 들면, 적가(dropwise-addition))하여 기상 분위기(예를 들면, 공기)와 수계 매질 사이의 계면에 분산된 콜로이드 입자들이 결정성 단층막 형태로 존재하도록 유도할 수 있다. 콜로이드 단층막은 콜로이드 입자들의 자기-조립에 의하여 형성된 것일 수 있는 바, 예를 들면 육방 격자(hexagonal lattice), 구체적으로 규칙적인 육방 격자 형태를 나타낼 수 있다. Then, the aqueous product is added (eg, dropwise-addition) to the surface of the still water-based medium (water) to disperse colloidal particles at the interface between the gaseous atmosphere (eg, air) and the aqueous medium. can be induced to exist in the form of a crystalline monolayer. The colloidal monolayer film may be formed by self-assembly of colloidal particles, and may exhibit, for example, a hexagonal lattice, specifically a regular hexagonal lattice.

한편, 콜로이드는 팽윤될 수 있어도 특정 결합력에 의하여 기판으로부터 박리되지 않는 특성을 갖는 것이 유리하다. 이때, 특정 결합력은 정전기적 인력, 수소결합, 극성-극성, 반데르발스 결합 등의 2차 결합 또는 공유 및 배위 결합을 포함하는 1차 결합일 수도 있다. On the other hand, even if the colloid can be swollen, it is advantageous to have a characteristic of not peeling off from the substrate by a specific binding force. In this case, the specific binding force may be a secondary bond such as electrostatic attraction, a hydrogen bond, a polar-polar bond, or a van der Waals bond, or a primary bond including covalent and coordinate bonds.

그 다음, 기판의 표면에 수계 매질의 표면에 형성된 콜로이드 입자의 단층막을 전사(접촉) 시 결정성 단층막이 기판 상에서 조밀 콜로이드 결정 패턴으로 형성될 수 있다. 예시적으로, 콜로이드는 정전기적 인력을 이용하여 기판 상에 부착될 수 있는 바, 예를 들면 콜로이드는 양 전하를 나타내는 반면, 기판은 음의 전하를 나타낼 수 있다. 이때, 고분자 콜로이드의 제타전위(30℃)는 약 5 내지 30 mV, 구체적으로 약 10 내지 20 mV 범위일 수 있는 한편, 기판의 제타전위(30℃)는, 예를 들면 약 -1 내지 -50 mV(구체적으로 약 -5 내지 -30 mV) 및 약 -1 내지 ??50 mV(구체적으로 약 -5 내지 -30 mV) 범위일 수 있으나, 이는 예시적인 취지로 이해될 수 있다.Then, upon transferring (contacting) the monolayer film of colloidal particles formed on the surface of the aqueous medium to the surface of the substrate, a crystalline monolayer film may be formed in a dense colloidal crystal pattern on the substrate. Illustratively, the colloid may be attached to the substrate using electrostatic attraction, eg the colloid may exhibit a positive charge while the substrate may exhibit a negative charge. At this time, the zeta potential (30 ℃) of the polymer colloid may be in the range of about 5 to 30 mV, specifically about 10 to 20 mV, while the zeta potential (30 ℃) of the substrate is, for example, about -1 to -50 mV (specifically about -5 to -30 mV) and about -1 to ??50 mV (specifically about -5 to -30 mV), but this can be understood as an example.

예시적 구체예에 따르면, 콜로이드 입자의 단층막이 기판의 표면 상에 전사되는 온도는, 예를 들면 약 0 내지 100 ℃, 구체적으로 약 10 내지 70 ℃, 보다 구체적으로 약 20 내지 60℃의 범위 내에서 조절될 수 있다. 이러한 전사 온도는 사용되는 콜로이드 고분자의 재질, 용매(매질)의 비점, 기판의 재질 등을 고려하여 조밀 결정 패턴을 형성하도록 조절할 수 있다. According to an exemplary embodiment, the temperature at which the monolayer film of colloidal particles is transferred onto the surface of the substrate is, for example, in the range of about 0 to 100 °C, specifically about 10 to 70 °C, more specifically about 20 to 60 °C. can be adjusted in The transfer temperature may be adjusted to form a dense crystal pattern in consideration of the material of the colloidal polymer used, the boiling point of the solvent (medium), and the material of the substrate.

그 다음, 선택적으로(optionally) 조밀 결정 패턴이 형성된 기판을 건조시키는 단계를 수행할 수 있는 바, 건조 온도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 약 0 내지 150 ℃, 구체적으로 상온으로 설정 가능하다. Then, a step of drying the substrate on which the dense crystal pattern is formed may be optionally performed. The drying temperature is not particularly limited, and is, for example, about 0 to 150 ° C., specifically room temperature. .

비-조밀 결정 패턴의 제조Preparation of non-dense crystalline patterns

본 개시 내용의 일 구체예에 따라 다양한 기판 상에 형성된 조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막을 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막으로 전환시키는 예는 도 1에 도시된 바와 같다.An example of converting a monolayer of a dense colloidal crystal pattern formed on various substrates into a monolayer of a non-dense colloidal crystal pattern according to one embodiment of the present disclosure is shown in FIG. 1 .

상기 도면을 참조하면, 종래 기술에서와 달리 콜로이드 단층막과 접촉하는 용매계의 용매 선정 및 이의 조성을 조절하여 하기의 2가지 방식을 통하여 기판 상에 형성된 콜로이드의 조밀 결정 패턴을 비-조밀 결정 패턴으로 전환시키는 단계를 수행할 수 있다. Referring to the drawings, unlike in the prior art, a colloidal dense crystal pattern formed on a substrate is converted into a non-dense crystal pattern through the following two methods by selecting a solvent and adjusting its composition in a solvent system in contact with a colloidal monolayer film. conversion steps can be performed.

(i) 2종의 유기 용매(양용매 및 비용매)의 순차적 조합을 통한 비-조밀 결정 패턴 제조(i) Preparation of non-dense crystal patterns through sequential combination of two organic solvents (good solvent and non-solvent)

일 구체예에 따르면, 앞서 제조된 조밀 결정 패턴(예를 들면, 건조된 상태)은 2종의 유기 용매, 즉 양용매 및 비용매와 각각 순차적으로 접촉함으로써 비-조밀 결정 패턴으로 전환될 수 있다. 이때, 양용매는 콜로이드 고분자(또는 콜로이드의 주된 고분자)와 열역학적 상호 작용에 의하여 팽윤을 유도할 수 있는 반면, 비용매는 콜로이드 고분자(또는 콜로이드의 주된 고분자)와 열역학적 상호 작용에 의하여 수축을 유도할 수 있다. According to one embodiment, the previously prepared dense crystal pattern (eg, in a dried state) can be converted into a non-dense crystal pattern by sequentially contacting two organic solvents, that is, a good solvent and a non-solvent, respectively. . At this time, the good solvent can induce swelling by thermodynamic interaction with the colloidal polymer (or the main polymer of the colloid), while the non-solvent can induce shrinkage by the thermodynamic interaction with the colloidal polymer (or the main polymer of the colloid). .

예시적 구체예에 따르면, 양용매(콜로이드의 팽윤 유도) 및 비용매(콜로이드의 수축 유도) 각각의 선정 및 이의 조합(또는 쌍(pair))은 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα)를 이용하여 선정할 수 있다.According to an exemplary embodiment, each selection of a good solvent (inducing swelling of a colloid) and a non-solvent (inducing shrinkage of a colloid) and a combination (or pair) thereof is a calibrated Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) can be used to select.

일반적으로, 용매-겔 시스템에 대한 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χFH)는 하기 수학식 2에 따라 정하여질 수 있다. In general, the Flory-Huggins interaction parameter (χ FH ) for a solvent-gel system can be determined according to Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112022076561980-pat00002
Figure 112022076561980-pat00002

상기 식에서, δs 및 δp 각각은 용매 및 고분자의 용해도 파라미터이고, In the above formula, δ s and δ p are the solubility parameters of the solvent and the polymer, respectively,

R은 가스 상수이며,R is the gas constant,

T는 온도이고, 그리고 T is the temperature, and

ν는 고분자 겔 내 고분자 사슬 세그먼트의 몰 체적이다.ν is the molar volume of the polymer chain segments in the polymer gel.

플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χFH)에 관한 세부 내용은 C. S. Brazel, S. L. Rosen, Fundamental Principles of Polymeric Materials, 3rd Ed., John-Wiley & Sons, Inc., 2012에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본 개시 내용의 참고자료로 포함된다. 상기 식에 있어서, ν는 겔의 밀도로부터 측정 가능한데, 예를 들면 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)계 겔의 밀도는 1.35 g/㎤이다. Details on the Florey-Huggins interaction parameter (χ FH ) are described in CS Brazel, SL Rosen, Fundamental Principles of Polymeric Materials, 3rd Ed., John-Wiley & Sons, Inc., 2012, which is It is incorporated by reference into this disclosure. In the above formula, ν can be measured from the density of the gel. For example, the density of a poly(N-isopropylacrylamide)-based gel is 1.35 g/cm 3 .

다만, χFH에 관한 식의 경우, 정규 용액 시스템에 대하여 유효한 것으로 알려져 있기 때문에 한센 용해도 파라미터에 기초하여 극성 및 수소 결합 성분을 반영하여 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.However, in the case of the equation for χ FH , since it is known to be valid for a regular solution system, it can be expressed as in Equation 3 below by reflecting polarity and hydrogen bonding components based on the Hansen solubility parameter.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112022076561980-pat00003
Figure 112022076561980-pat00003

상기 식에서, δd,s 및 δd,p 각각은 용매 및 고분자의 분산 성분(dispersion component), δp,s 및 δp,p 각각은 용매 및 고분자의 쌍극자 성분(polar component), 그리고 δh,s 및 δh,p 각각은 용매 및 고분자의 수소 결합 성분(hydrogen bond component)이고, 그리고In the above formula, each of δ d,s and δ d,p is the dispersion component of the solvent and polymer, δ p,s and δ p,p are each of the polar component of the solvent and polymer, and δ h ,s and δ h,p are the hydrogen bond components of the solvent and polymer, respectively, and

R, T 및 ν는 전술한 바와 같다. R, T and ν are as described above.

다만, χH에 관한 식의 경우, δd가 δp 및 δh에 비하여 지배적인 경우에 적합하나, 특정 고분자(예를 들면, 아크릴레이트 고분자)의 경우, χH 값이 종종 과도하게 반영될 수 있다. 따라서, 하기 수학식 4와 같이 경험적 보정 상수 α를 도입하여 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα)를 도출할 수 있는 바, 세부 사항은 T. Lindvig, M. L. Michelsen, G. M. Kontogeorgis, Fluid Phase Equilibria 2002, 203, 247에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본 개시 내용의 참고자료로 포함된다.However, in the case of the expression for χ H , it is suitable when δ d is dominant compared to δ p and δ h , but in the case of certain polymers (eg acrylate polymers), the χ H value is often excessively reflected. can Therefore, the corrected Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) can be derived by introducing the empirical correction constant α as shown in Equation 4 below. Details are given in T. Lindvig, ML Michelsen, GM Kontogeorgis, Fluid Phase Equilibria 2002, 203, 247, which is incorporated by reference into the present disclosure.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112022076561980-pat00004
Figure 112022076561980-pat00004

상기 식에서, α는 보정 상수로서 약 0.6일 수 있으며, 그리고In the above equation, α may be about 0.6 as a correction constant, and

R, T 및 ν는 전술한 바와 같다.R, T and ν are as described above.

일 예로서, 콜로이드 고분자가 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)계 겔인 경우, 다양한 용매에 대하여 298 K에서 측정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터 및 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터를 하기 표 1에 나타내었다.As an example, when the colloidal polymer is a poly(N-isopropylacrylamide)-based gel, the Flory-Huggins interaction parameters and the corrected Flory-Huggins interaction parameters measured at 298 K for various solvents are shown in Table 1 below. shown in

δδ δδ dd δδ pp δδ hh solventsolvent ?? δ ?? δ polymerpolymer || χχ FF χχ HH χχ aa 테트라하이드로 퓨란
(THF)
tetrahydrofuran
(THF)
9.59.5 8.28.2 2.82.8 3.93.9 1.981.98 0.550.55 0.530.53 0.320.32
에탄올ethanol 12.912.9 7.77.7 4.34.3 9.59.5 1.421.42 0.290.29 0.150.15 0.090.09 메탄올methanol 14.314.3 7.47.4 6.06.0 10.910.9 2.782.78 1.091.09 0.630.63 0.380.38 디에틸 에테르diethyl ether 7.67.6 7.17.1 1.41.4 2.52.5 3.883.88 2.132.13 1.261.26 0.760.76

일 구체예에 따르면, 조밀 결정 패턴의 콜로이드 고분자와 용매계 간의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα) 값이, 예를 들면 약 0.5 미만(구체적으로 약 0.49 미만, 보다 구체적으로 약 0을 초과하고 0.4까지)일 수 있는 바, 상기 요건을 충족할 경우, 제1 유기 용매와의 접촉에 의하여 조밀 결정 패턴을 구성하는 콜로이드 입자가 용매를 흡수하여 팽윤될 수 있다. 일 예로서, 제1 유기 용매는, 예를 들면 테트라하이드로퓨란(THF), 메탄올, 에탄올, 아세톤, 디클로로메탄, 클로로포름 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment, the corrected Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) value between the colloidal polymer of the dense crystal pattern and the solvent system is, for example, less than about 0.5 (specifically less than about 0.49, more specifically about 0). may exceed 0.4), and when the above requirements are satisfied, the colloidal particles constituting the dense crystal pattern may be swollen by absorbing the solvent by contact with the first organic solvent. As an example, the first organic solvent may be, for example, at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), methanol, ethanol, acetone, dichloromethane, and chloroform.

예시적 구체예에 따르면, 제1 유기 용매와 조밀 결정 패턴 간의 접촉 시간은 패턴이 형성될 수 있는 한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 0.1 분에서 약 24 시간까지, 구체적으로 약 1분에서 약 12시간까지, 보다 구체적으로 약 10분에서 약 2시간까지의 범위에서 조절될 수 있다. 또한, 접촉 온도 역시 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 약 0 내지 100 ℃, 구체적으로 상온일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the contact time between the first organic solvent and the dense crystal pattern is not particularly limited as long as the pattern can be formed, but is, for example, from about 0.1 minute to about 24 hours, specifically from about 1 minute to about 24 hours. Up to about 12 hours, more specifically in the range of about 10 minutes to about 2 hours. In addition, the contact temperature is also not particularly limited, and may be, for example, about 0 to 100 ° C., specifically room temperature.

상술한 바와 같이, 제1 유기 용매로 이루어지는 용매계와의 접촉을 통하여 조밀 결정 패턴 내 콜로이드 고분자가 팽윤됨에 따라, 콜로이드 입자의 사이즈(직경)는, 접촉 전에 비하여, 예를 들면 적어도 약 5%, 구체적으로 적어도 약 10 %, 보다 구체적으로 적어도 약 20 내지 100%% 증가할 수 있으며, 경우에 따라서는 100 %를 초과하여 증가할 수 있다.As described above, as the colloidal polymer in the dense crystal pattern swells through contact with the solvent system composed of the first organic solvent, the size (diameter) of the colloidal particles is increased by, for example, at least about 5% compared to before contact. Specifically, it may increase by at least about 10%, more specifically by at least about 20% to 100%, and in some cases may increase by more than 100%.

그 다음, 제1 유기 용매 내에서 팽윤되어 있는 조밀 결정 패턴에 비용매인 제2 유기 용매를 첨가하는 단계가 수행될 수 있다. 그 결과, 콜로이드 입자를 둘러싸는 용매계는 제1 유기 용매와 제2 유기 용매의 혼합 용매를 형성한다. Next, a step of adding a second organic solvent that is a non-solvent to the dense crystal pattern swollen in the first organic solvent may be performed. As a result, the solvent system surrounding the colloidal particles forms a mixed solvent of the first organic solvent and the second organic solvent.

이때, 제2 유기 용매는 앞서 설명된 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα) 값이, 예를 들면 약 0.5 초과, 구체적으로 약 0.7 초과, 보다 구체적으로 약 0.75 초과인 용매 중에서 선정될 수 있다. 예시적 구체예에 있어서, 제2 유기 용매는 디에틸에테르(DEE), 헥산(n-hexane), 시클로헥산(cyclohexane), 벤젠(benzene) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. At this time, the second organic solvent may be selected from solvents having a corrected Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) value described above, for example, greater than about 0.5, specifically greater than about 0.7, and more specifically greater than about 0.75. can In an exemplary embodiment, the second organic solvent is at least one selected from the group consisting of diethyl ether (DEE), hexane, cyclohexane, benzene, and toluene. can

제2 유기 용매를 첨가함에 따라 제1 유기 용매 및 제2 유기 용매의 혼합 용매 내에서 앞서 팽윤되어 있는 콜로이드 입자가 수축하여 비-조밀 결정 패턴을 형성하게 된다.As the second organic solvent is added, the colloidal particles previously swollen in the mixed solvent of the first organic solvent and the second organic solvent contract to form a non-dense crystal pattern.

이와 관련하여, 혼합 용액과 콜로이드 입자에 대한 열역학적 상태 역시 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터를 이용하여 표현할 수 있다. 전술한 바와 같이, 콜로이드 고분자와 혼합 용매(용매계) 간의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα) 값이 0.5 미만인 경우에는 용매계가 콜로이드 입자를 구성하는 고분자를 용해시킬 수 있는 능력을 갖게 되어 팽윤이 일어나는 반면, 0.5를 초과하는 경우가 되도록 조절함으로써 용매계와 콜로이드 입자를 구성하는 고분자 간의 혼화성을 감소시켜 팽윤된 입자를 수축시킬 수 있다.In this regard, the thermodynamic state of the mixed solution and the colloidal particles can also be expressed using the calibrated Flory-Huggins interaction parameters. As described above, when the value of the corrected Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) between the colloidal polymer and the mixed solvent (solvent system) is less than 0.5, the solvent system has the ability to dissolve the polymer constituting the colloidal particles. On the other hand, swelling occurs, but by adjusting to exceed 0.5, miscibility between the solvent system and the polymer constituting the colloidal particles is reduced, and the swollen particles can be shrunk.

보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터 값이 특정 범위에 있도록 제2 유기 용매를 첨가함으로써 비조밀 패턴을 형성하는 이유는 다양한 고분자로 이루어지는 입자는 양용매에 의하여 팽윤될 경우, 이를 구성하는 고분자 사슬의 가소화(plasticization) 현상으로 인하여 고분자 사슬의 연성 특성이 발현되는 바, 이때 대부분의 고분자는 양용매 내에서 연성을 나타내면서 팽윤됨에 따라 입자 크기가 증가하게 되는데, 이러한 상황에서 비용매를 첨가할 경우, 특히 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터 값이 0.5를 초과하도록 비용매의 첨가량을 조절할 경우에 비-조밀 패턴으로 전환할 수 있기 때문으로 판단된다.The reason why the non-dense pattern is formed by adding the second organic solvent so that the corrected Flory-Huggins interaction parameter value is within a specific range is that when particles made of various polymers are swollen by a good solvent, the number of polymer chains constituting them The ductility of the polymer chain is expressed due to the plasticization phenomenon. At this time, most polymers exhibit ductility in a good solvent and increase in particle size as they swell. In this situation, when a non-solvent is added, In particular, it is believed that this is because the non-dense pattern can be converted when the addition amount of the non-solvent is adjusted so that the corrected Flory-Huggins interaction parameter value exceeds 0.5.

특히, 제2 유기 용매의 첨가를 통하여 제1 유기 용매와의 접촉에 의한 팽윤 전(구체적으로, 건조된 상태의 조밀 결정 패턴) 콜로이드 입자의 사이즈보다 작은 사이즈로 수축을 유도하여 비-조밀 결정 패턴으로 전환시킨다는 점을 주목할 필요가 있다. 즉, 이러한 혼합 용매에 의한 용매계는 콜로이드 입자를 팽윤시킬 수 있는 용매와 수축시킬 수 있는 용매가 혼합되어 있는 상태에 있게 되며, 이때 혼합 용액의 콜로이드 입자에 대한 열역학적 상태가 제1 유기 용매와의 접촉 전의 조밀 결정 패턴 내 콜로이드 입자의 사이즈보다 작아질 수 있을 만큼 수축시킬 수 있는 관계가 성립된다면 비-조밀 결정 패턴이 형성될 수 있다. 본 개시 내용이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 초기 콜로이드 입자(제1 유기 용매와의 접촉 전 콜로이드 입자)에 비하여 작은 사이즈를 갖게 되는 이유는 하기와 같이 설명할 수 있다:In particular, through the addition of the second organic solvent, shrinkage is induced to a size smaller than the size of the colloidal particles before swelling (specifically, the dense crystal pattern in a dried state) by contact with the first organic solvent to form a non-dense crystal pattern It is worth noting that the conversion to That is, the solvent system by such a mixed solvent is in a state in which a solvent capable of swelling colloidal particles and a solvent capable of shrinking them are mixed, and at this time, the thermodynamic state of the colloidal particles of the mixed solution is similar to that of the first organic solvent. A non-dense crystal pattern can be formed if a relationship capable of shrinking enough to be smaller than the size of the colloidal particles in the dense crystal pattern before contact is established. Although the present disclosure is not bound by any particular theory, the reason for the smaller size compared to the initial colloidal particles (colloidal particles prior to contact with the first organic solvent) can be explained as follows:

제1 유기 용매(양용매)에 의하여 콜로이드 내 고분자 사슬이 2차적인 결합을 통하여 양용매에 용매화(solvation)되어 있기 때문에 콜로이드 입자가 팽윤되는 바, 추가적으로 비용매를 첨가할 경우에 비용매는 양용매와 혼합된 상태로 존재한다. 이 경우, 혼합 용매는 비용매의 존재로 인하여 입자 내 고분자 사슬을 수축시키게 되며, 이러한 과정은 비용매의 비율이 증가함에 따라 지속적으로 발생하게 된다. 양용매의 존재로 인하여 연장된(extended 또는 coiled) 고분자 사슬은 비용매의 존재로 인하여 사슬의 형태가 변할 수 있다고 알려져 있고, 일반적으로 비용매의 조성이 높아질수록, 즉 고분자 사슬이 혼합 용액에 대한 용해도가 낮아질수록 구형 구조(globular structure)로 변화한다. 이때, 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터가 0.5인 지점에서는 모든 용매가 고분자 사슬과 더 이상 2차적인 결합을 할 수 없고, 열역학적으로 고분자 사슬은 혼합의 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy of mixing) 값이 0이 된다. 이 경우, 고분자 사슬은 급격하게 붕괴되어 용매들을 밀어냄으로써 고분자 입자의 크기가 급격하게 수축하게 된다. 일반적으로 단층막을 제조할 때 사용되는 용매는 입자 내 고분자 사슬과 열역학적으로 혼합될 수 있기 때문에 단층막 형성 시 입자의 크기는 비교적 큰 상태로 존재하게 되는데, 이때 양용매를 첨가하면 건조 과정에서 수축된 입자는 팽윤되고 이러한 과정 중에 비용매를 첨가하여 수축을 유도 과정을 거치게 되며, 이때 수축되는 비율이 건조 시 입자의 크기보다 더 작은 패턴이 형성되는 것으로 판단된다. Since the polymer chains in the colloid are solvated in the good solvent through secondary bonding by the first organic solvent (good solvent), the colloidal particles are swollen. It exists in a state of admixture with a solvent. In this case, the mixed solvent shrinks the polymer chains in the particles due to the presence of the non-solvent, and this process continues to occur as the ratio of the non-solvent increases. It is known that the extended or coiled polymer chain due to the presence of a good solvent can change the shape of the chain due to the presence of a non-solvent, and generally, as the composition of the non-solvent increases, that is, the polymer chain becomes more As the solubility decreases, it changes to a globular structure. At this time, at the point where the corrected Flory-Huggins interaction parameter is 0.5, all solvents can no longer form secondary bonds with the polymer chains, and thermodynamically, the polymer chains have the Gibbs free energy of mixing value becomes 0. In this case, the polymer chain is rapidly collapsed and the size of the polymer particle is rapidly contracted by pushing out the solvent. In general, since the solvent used in manufacturing a monolayer film can be thermodynamically mixed with the polymer chains in the particle, the size of the particle exists in a relatively large state when forming the monolayer film. The particles are swollen, and during this process, a non-solvent is added to induce shrinkage, and at this time, it is determined that a pattern is formed in which the shrinkage rate is smaller than the size of the particles when dried.

예시적인 구체예에 있어서, 비-조밀 결정 패턴 형성을 유도하는 열역학적 조건에 용이하게 도달하기 위하여, 제2 유기 용매의 첨가에 앞서 제1 유기 용매를 일부 제거하는 단계를 선택적으로(optionally) 수행할 수 있다. 다만, 사전 제거되는 제1 유기 용매의 량은 혼합 용매를 구성하는 양용매 및 비용매 각각의 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 전술한 비-조밀 결정 패턴을 형성할 수 있는 조건 하에서 혼합 용매 내 제1 유기 용매의 체적 분율(제1 유기 용매와 제2 유기 용매의 체적의 합 기준)은, 예를 들면 약 0.001 내지 0.4, 전형적으로 약 0.005 내지 0.3, 보다 전형적으로 약 0.01 내지 0.2의 범위 내에서 조절될 수 있다. In an exemplary embodiment, a step of partially removing the first organic solvent may be optionally performed prior to the addition of the second organic solvent in order to easily reach the thermodynamic conditions leading to the formation of the non-dense crystal pattern. can However, the amount of the first organic solvent to be removed in advance may vary depending on the types of good solvents and non-solvents constituting the mixed solvent. The volume fraction of the first organic solvent in the mixed solvent (based on the sum of the volumes of the first organic solvent and the second organic solvent) under conditions capable of forming the aforementioned non-dense crystal pattern is, for example, about 0.001 to 0.4; Typically it can be adjusted within the range of about 0.005 to 0.3, more typically about 0.01 to 0.2.

또한, 혼합 용매 내에서의 수축 과정 중 용매계와 콜로이드 결정 패턴 간의 접촉 온도 및 시간은 앞선 제1 유기 용매를 이용한 팽윤 단계에서 설정된 범위 내에서 정하여질 수 있으나, 사용되는 제1 및 제2 유기 용매의 종류, 용매계에 함유 가능한 추가 성분(예를 들면, 후술하는 고정용 성분)의 혼입 여부 및 이의 종류 등에 따라 변경 가능하다. 또한, 팽윤 시 제1 유기 용매와의 접촉 온도와 동일하거나 상이할 수 있고, 접촉 시간 역시 동일하거나 상이할 수 있다.In addition, the contact temperature and time between the solvent system and the colloidal crystal pattern during the contraction process in the mixed solvent may be determined within the range set in the swelling step using the first organic solvent, but the first and second organic solvents used It can be changed according to the type of the solvent system, whether or not additional components (eg, fixing components to be described later) are incorporated in the solvent system, and the type thereof. Also, during swelling, the contact temperature with the first organic solvent may be the same or different, and the contact time may also be the same or different.

혼합 용매계에 의하여 수축된 콜로이드 입자의 사이즈(직경)는, 용매 처리 전(예를 들면, 건조된 상태)에 비하여, 예를 들면 약 1% 미만, 구체적으로 약 10% 미만, 보다 구체적으로 약 50% 미만의 수준일 수 있으며, 이때 비-조밀 결정 패턴의 성상은 앞서 기술한 바와 같다.The size (diameter) of the colloidal particles shrunk by the mixed solvent system is, for example, less than about 1%, specifically less than about 10%, more specifically about It may be a level of less than 50%, and in this case, the properties of the non-dense crystal pattern are as described above.

(ii) 물과 공용매 간의 공-비용해성을 이용한 비-조밀 결정 패턴의 제조(ii) Preparation of non-dense crystal pattern using co-insolubility between water and co-solvent

본 개시 내용의 다른 예시적 구체예에 따르면, 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 제조하기 위하여 2종의 양용매를 특정 조성으로 조합할 경우에 발생하는 특이한 현상, 즉 공-비용해성(co-nonsolvency) 형상을 이용할 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present disclosure, a peculiar phenomenon that occurs when two kinds of good solvents are combined in a specific composition to prepare a colloidal non-dense crystal pattern, that is, co-nonsolvency ) shape can be used.

구체적으로, 고분자 콜로이드에 대하여 물 및 공용매 각각은 콜로이드 입자를 팽윤시킬 수 있는 양용매에 해당된다. 그러나, 물과 공용매를 특정 몰 비로 혼합한 혼합 용매계를 제조하고, 이를 앞서 제조된 조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막과 접촉시킬 경우, 오히려 콜로이드를 구성하는 고분자와의 혼화성이 급격히 감소하는 특성을 나타내며, 그 결과 콜로이드 입자를 수축시켜 원하는 비-조밀 결정 패턴을 제조할 수 있다.Specifically, water and a co-solvent each correspond to a good solvent that can swell the colloidal particles with respect to the polymeric colloid. However, when a mixed solvent system in which water and a co-solvent are mixed at a specific molar ratio is prepared and brought into contact with a previously prepared monolayer film having a dense colloidal crystal pattern, miscibility with the polymer constituting the colloid is rapidly reduced. , resulting in colloidal particles being contracted to produce the desired non-dense crystalline pattern.

예시적 구체예에 따르면, 물과 조합되는 공용매는 탄소수 3 이하의 알코올(구체적으로 지방족 알코올), DMSO, THF, 1,4-디옥산, 아세톤 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이때, 탄소수 3 이하의 알코올은, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 또는 이의 조합일 수 있으며, 보다 구체적으로 메탄올일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the co-solvent combined with water may be at least one selected from alcohols having 3 or less carbon atoms (specifically, aliphatic alcohols), DMSO, THF, 1,4-dioxane, acetone, and the like. In this case, the alcohol having 3 or less carbon atoms may be, for example, methanol, ethanol, or a combination thereof, and more specifically, methanol.

이때, 물-공용매를 함유하는 혼합 용매 내 공용매(구체적으로 알코올, 보다 구체적으로 메탄올)의 몰 분율은 공-비용해 현상을 유도하도록 조절될 수 있는 바, 예를 들면 약 0.15 내지 0.5, 구체적으로 약 0.17 내지 0.45, 보다 구체적으로 약 0.2 내지 0.4의 범위 내에서 정하여질 수 있다. At this time, the mole fraction of the cosolvent (specifically alcohol, more specifically methanol) in the mixed solvent containing the water-cosolvent may be adjusted to induce a co-dissolution phenomenon, for example, about 0.15 to 0.5, Specifically, it may be set within the range of about 0.17 to 0.45, more specifically about 0.2 to 0.4.

상술한 방식 (i) 또는 (ii)를 수행하여 비-조밀 결정 패턴이 형성된 후에는 용매 세척 단계, 건조 단계 등으로부터 적어도 하나가 선택되는 후처리 공정이 선택적으로 수행될 수 있다.After the non-dense crystal pattern is formed by performing the above-described method (i) or (ii), a post-treatment process in which at least one of a solvent washing step, a drying step, and the like is selected may be selectively performed.

본 구체예에 따르면, 종래의 리소그래피 테크닉 또는 에칭을 수행하지 않고도 기판 상에 소정 패턴을 형성할 수 있는 바, 이러한 용액 리소그래피 테크닉을 적용할 경우, 평면의 무기 기판뿐만 아니라, 구조화된 표면(예를 들면, 곡면), 그리고 에칭 프로세스에 의하여 손상되지 않는 고분자계 기판 상에 콜로이드 결정을 패턴화하는데 유리하다. 또한, 공정 시간이 짧고, 특별한 장치를 이용하지 않으면서 재현성이 양호한 패턴을 형성할 수 있다. According to this specific embodiment, a predetermined pattern can be formed on a substrate without performing conventional lithography techniques or etching. When such a solution lithography technique is applied, not only a flat inorganic substrate, but also a structured surface (eg, For example, curved surfaces), and is advantageous for patterning colloidal crystals on polymer-based substrates that are not damaged by the etching process. In addition, the process time is short, and a pattern with good reproducibility can be formed without using a special device.

이외에도, 비-조밀 콜로이드 결정 패턴은 조밀 콜로이드 결정 패턴과는 상이한 광학적 특성, 예를 들면 광 투과율을 나타낼 수 있다. 특히, 글라스 기판, PET 필름 등과 같은 투명성 기판에 패턴을 형성시킬 경우, 기판의 광 투과율을 증가시킬 수 있다. 특히, PET 필름 상에 패턴화하여 가시 광 대역에서 글라스 기판보다 우수한 광 투과성을 달성할 수 있는 등, 광학 소재로서 활용 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 조밀 콜로이드 결정 패턴이 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 전환될 경우, 패턴화된 표면은 콜로이드와 공기로 이루어지므로 해당 층에서의 평균 굴절률은 공기와 콜로이드 사이의 값을 갖게 된다. 그 결과, 기판의 반사율을 저감할 수 있기 때문에 방현(anti-reflective) 기능을 제공할 수 있다.In addition, the non-dense colloidal crystal pattern may exhibit different optical properties, such as light transmittance, than the dense colloidal crystal pattern. In particular, when a pattern is formed on a transparent substrate such as a glass substrate or a PET film, light transmittance of the substrate may be increased. In particular, it is possible to broaden the range of application as an optical material, such as being patterned on a PET film to achieve better light transmittance than a glass substrate in the visible light band. Also, when the dense colloidal crystal pattern is converted to a non-dense colloidal crystal pattern, since the patterned surface is composed of colloid and air, the average refractive index in the layer has a value between air and colloid. As a result, since the reflectance of the substrate can be reduced, an anti-reflective function can be provided.

비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 고정Fixation of non-dense colloidal crystal patterns

본 개시 내용의 다른 구체예에 따르면, 용매계를 이용하여 형성된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴이 수분과 같은 외부 자극 또는 환경에 노출될 경우, 전환된 비-조밀 패턴이 변경될 수 있기 때문에 이를 고정하는 것이 바람직할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 용매의 선정 및 조성을 조절하여 기판 상에 콜로이드 단층막을 패턴화하는 방식은 주어진 상황 및 목적에 따라 패턴화된 콜로이드 입자를 고정화(fixation)하는데 적합하다. 이때, 고정화 성분, 예를 들면 고분자 등의 유기계 성분을 이용할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, when a non-dense colloidal crystal pattern formed using a solvent system is exposed to external stimuli or environments such as moisture, the converted non-dense pattern may change, so fixing it may be desirable. As described above, the method of patterning a colloidal monolayer on a substrate by controlling the selection and composition of a solvent is suitable for fixation of patterned colloidal particles according to a given situation and purpose. At this time, an immobilized component, for example, an organic component such as a polymer may be used.

예시적 구체예에 따르면, 패턴의 고정용 성분으로서 경화형 고분자(예를 들면, 광 경화형 고분자)를 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 고정화에 사용 가능한 고분자로서, 예를 들면 폴리우레탄(Polyurethane, PU)계, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)계, NOA(Noland Optical Adhesive)계, 에폭시(Epoxy)계, 아크릴계 등으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있다. 이중, NOA계 고분자(예를 들면, Norland Products사에서 시판 중이며 상품명 NOA 61, NOA 63, NOA 65, NOA 68 등이 있음)는 다관능성 티올 및 다관능성 알릴(allyl) 모노머를 포함하는 액상 UV 경화형 단량체 혼합물(또는 전구체)이다. 일 예로서, NOA 68은 머캡토-에스테르 약 45 내지 65 중량% 및 테트라하이드로퍼퓨릴 메타크릴레이트 5 내지 20 중량%를 함유한다. According to an exemplary embodiment, a curable polymer (eg, photocurable polymer) may be used as a component for fixing the pattern. In this regard, as polymers usable for immobilization, for example, polyurethane (Polyurethane, PU), polydimethylsiloxane (PDMS), NOA (Noland Optical Adhesive), epoxy, acrylic, etc. At least one may be selected. Among them, NOA-based polymers (for example, commercially available from Norland Products and trade names NOA 61, NOA 63, NOA 65, NOA 68, etc.) are liquid UV curable containing polyfunctional thiol and polyfunctional allyl monomers. It is a monomer mixture (or precursor). As an example, NOA 68 contains about 45 to 65 weight percent mercapto-ester and 5 to 20 weight percent tetrahydrofurfuryl methacrylate.

택일적으로, 글루타르알데히드, 글리세롤 디글라이시딜 에테르(glycerol diglycidyl ehter) 등으로부터 선택되는 적어도 하나를 고정용 성분으로 사용할 수 있다. 글루타르알데히드의 경우, 콜로이드 고분자(예를 들면, 아미드기-함유 고분자로서 pNIPAM, poly(NIPAM-co-AA) 등)의 측쇄에 -NH2 그룹을 갖고 있어 글루타르알데히드를 통하여 콜로이드 내 아민기 간의 가교 반응이 일어날 수 있고, 또한 글루타르알데히드 자체가 수용액 내에서 중합되어 고정화 기능을 제공할 수 있는 것으로 판단된다. Alternatively, at least one selected from glutaraldehyde, glycerol diglycidyl ether, and the like may be used as a fixing component. In the case of glutaraldehyde, it has a -NH 2 group on the side chain of a colloidal polymer (eg, pNIPAM, poly(NIPAM-co-AA) as an amide group-containing polymer), so that the amine group in the colloid via glutaraldehyde It is believed that a cross-linking reaction between livers may occur, and that glutaraldehyde itself may be polymerized in an aqueous solution to provide an immobilization function.

예시적 구체예에 따르면, 비-조밀 패턴을 형성한 후에 고정할 수도 있으며, 택일적으로 비-조밀 패턴화와 함께 또는 동시에 고정화할 수도 있다. 구체적으로, 고정용 성분은 비-조밀 결정 패턴을 형성하기 위한 용매계, 즉 양용매와 비용매의 혼합 용매(즉, 양용매로 팽윤시키고, 후속적으로 비용매를 조합하여 형성된 혼합 용매), 또는 물과 공용매를 포함하는 혼합 용매(공-비용해성을 이용하는 경우)에 함유되는 방식으로 도입 가능하다. 이때, 고정용 성분의 량은, 용매계의 중량을 기준으로, 예를 들면 약 1 내지 10 중량%, 구체적으로 약 5 내지 9 중량%, 보다 구체적으로 약 7 내지 8 중량% 범위 내에서 조절 가능하다.According to an exemplary embodiment, the non-dense patterning may be formed and then fixed, alternatively, the non-dense patterning may be performed together with or simultaneously with the fixing. Specifically, the fixing component is a solvent system for forming a non-dense crystal pattern, that is, a mixed solvent of a good solvent and a non-solvent (ie, a mixed solvent formed by swelling with a good solvent and subsequently combining a non-solvent), Alternatively, it can be introduced by being contained in a mixed solvent containing water and a co-solvent (when using co-insolubility). At this time, the amount of the fixing component is, for example, about 1 to 10% by weight, specifically about 5 to 9% by weight, more specifically about 7 to 8% by weight based on the weight of the solvent system. do.

예시적으로, 광경화형 고분자의 전구체(단량체)는 콜로이드의 수축을 유도하는 용매계(특히, 제1 유기 용매와 제2 유기 용매의 혼합 용매)에 혼입(도입)되어 기판 상의 조밀 결정 패턴을 비-조밀 결정 패턴으로 전환시키고, 후속적으로 광(예를 들면, 자외선) 조사하는 방식으로 패턴화 및 고정화를 수행할 수 있다. Illustratively, a precursor (monomer) of a photocurable polymer is incorporated (introduced) into a solvent system (in particular, a mixed solvent of a first organic solvent and a second organic solvent) inducing colloidal shrinkage to form a dense crystal pattern on a substrate. - Patterning and fixation may be performed by converting into a dense crystal pattern and subsequently irradiating with light (eg, ultraviolet rays).

한편, 글루타르할데히드 등을 사용할 경우, 용매계(예를 들면, 물과 공용매(구체적으로, 알코올)의 조합인 경우)에 해당 고정용 성분을 도입하되, 조밀 결정 패턴과의 접촉 시간을 적절히 선정하는 방식으로 수행될 수 있다. 일 예로서, 고정화 시간은, 고정화 성분을 함유하지 않는 경우에 비하여 길게 설정할 수 있는 바, 고정화 성분이 패턴 상에 충분히 흡수되도록 하기 위함이다. 이 경우, 패턴화 및 고정화에 수반되는 시간은, 예를 들면 약 5 내지 26 시간, 구체적으로 약 6 내지 20 시간, 보다 구체적으로 약 8 내지 18 시간 범위 내에서 조절될 수 있다. 이 경우, 패턴화 및 고정화 온도는, 예를 들면 약 10 내지 60 ℃, 구체적으로 약 20 내지 55 ℃, 보다 구체적으로 약 25 내지 50 ℃ 범위에서 조절 가능하다. 다만, 상술한 수치 범위는 예시적인 취지로 이해될 수 있다.On the other hand, when glutaraldehyde or the like is used, the fixing component is introduced into a solvent system (for example, a combination of water and a co-solvent (specifically, alcohol)), but the contact time with the dense crystal pattern is reduced. This can be done in an appropriately selected manner. As an example, the immobilization time can be set longer than in the case of not containing the immobilization component, so that the immobilization component is sufficiently absorbed on the pattern. In this case, the time required for patterning and fixation may be adjusted within the range of, for example, about 5 to 26 hours, specifically about 6 to 20 hours, and more specifically about 8 to 18 hours. In this case, the patterning and immobilization temperatures are, for example, about 10 to 60 °C, specifically about 20 to 55 °C, and more specifically about 25 to 50 °C can be adjusted. However, the above-described numerical range may be understood as an example.

상술한 고정화 프로세스를 통하여, 수분(물) 등이 패턴화된(즉, 비-조밀 패턴으로 전환된) 기판과 접촉하더라도 결정 또는 광학적 특성을 유지할 수 있게 된다.Through the above-described immobilization process, even if moisture (water) or the like comes into contact with the patterned (ie, non-dense patterned) substrate, it is possible to maintain crystal or optical properties.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are provided to more easily understand the present invention, but the present invention is not limited thereto.

실시예Example

본 실시예에서 사용된 재료는 하기와 같다.The materials used in this example are as follows.

- N-isopropylacrylamide (98%)은 Wako Chemical, Ltd.로부터 구입하였다.- N -isopropylacrylamide (98%) was purchased from Wako Chemical, Ltd.

- 테트라하이드로퓨란(THF) 및 메탄올은 J. T. Baker로부터 구입하였다.- Tetrahydrofuran (THF) and methanol were purchased from J. T. Baker.

- 에탄올은 Fisher Scientific으로부터 구입하였다.- Ethanol was purchased from Fisher Scientific.

- 디에틸에테르는 Samchun Chemicals로부터 구입하였다.- Diethyl ether was purchased from Samchun Chemicals.

- 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(두께: 5 mm), 알릴아민(98%), 포타슘 퍼설페이트(> 99%), N,N′-메틸렌 비스-(아크릴아미드) (99%) 및 이소프로필알코올(IPA,99.5%)은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다.- Polyethylene terephthalate (PET) film (thickness: 5 mm), allylamine (98%), potassium persulfate (> 99%), N , N′ -methylene bis-(acrylamide) (99%) and isopropyl Alcohol (IPA, 99.5%) was purchased from Sigma-Aldrich.

- Sylgard 184, α,α′-azobis(isobutyronitrile) (AIBN, 98.0%)는 Acros로부터 구입하였다.- Sylgard 184, α,α′-azobis (isobutyronitrile) (AIBN, 98.0%) was purchased from Acros.

- 단일면 실리콘 웨이퍼(P type, <100>-oriented, 525 ± 25 μm thickness) 및 슬라이드 글라스(22 × 22 mm2)는 각각 Namkang Hi-Tech 및 Paul Marienfeld GmbH & Co.로부터 구입하였다.- Single-sided silicon wafer (P type, <100>-oriented, 525 ± 25 μm thickness) and slide glass (22 × 22 mm 2 ) were purchased from Namkang Hi-Tech and Paul Marienfeld GmbH & Co., respectively.

또한, 본 실시예에 있어서 특성화에 사용된 장비는 하기와 같다.In addition, the equipment used for characterization in this embodiment is as follows.

- 콜로이드의 수력학적 직경과 제타 포텐셜(zeta-potential)은 dynamic light scattering(DLS, Nano-ZS90, Marvern Instrument)로 측정되었다. - The hydrodynamic diameter and zeta-potential of the colloid were measured by dynamic light scattering (DLS, Nano-ZS90, Marvern Instrument).

- Scanning electron microscopy(SEM, S-4800, HITACHI)는 콜로이드 결정 단층막의 모폴로지(morphology)를 조사하기 위하여 사용되었다. - Scanning electron microscopy (SEM, S-4800, HITACHI) was used to investigate the morphology of colloidal crystal monolayers.

제조예 1Preparation Example 1

Poly(Poly( NN -isopropylacrylamide-co-allylamine) 콜로이드의 합성-isopropylacrylamide-co-allylamine) Synthesis of colloids

100 mL 탈이온수에 단량체로서 1.5 g N-isopropylacrylamide 및 가교제로서 0.08g N,N′-methylene bis(acrylamide)을 용해시켰고, 상기 수계 혼합물을 둥근-바닥 플라스크 내에서 80℃로 가열하였다. 열적 평형에 도달한 후에 공단량체인 알릴아민 70 μL 및 포타슘 퍼설페이트 수용액(0.025 g/mL) 2 mL을 연속적으로 첨가하였다. In 100 mL deionized water, 1.5 g N-isopropylacrylamide as a monomer and 0.08 g N,N′-methylene bis(acrylamide) as a crosslinking agent were dissolved, and the aqueous mixture was heated to 80° C. in a round-bottom flask. After reaching thermal equilibrium, 70 μL of comonomer allylamine and 2 mL of potassium persulfate aqueous solution (0.025 g/mL) were successively added.

이때, 단량체 혼합물의 조성은 N-isopropylacrylamide 91.8 중량%, 알릴아민 4.9 중량% 및 N,N′-methylene bis(acrylamide) 3.3 중량%이었다.At this time, the composition of the monomer mixture was 91.8 wt% of N-isopropylacrylamide, 4.9 wt% of allylamine, and 3.3 wt% of N,N′-methylene bis(acrylamide).

중합 반응은 용액을 연속적으로 교반하면서 2 시간 동안 80℃에서 수행되었다. 수계 콜로이드 현탁액(suspension)을 아이스 배스에서 냉각시키고 사용에 앞서 냉장고에 보관하였다. 이와 같이, 콜로이드가 탈이온수에 분산되어 있는 경우, 이의 수력학적 직경은 25℃(LCST(33℃) 미만)에서 467 ± 7 nm로부터 50℃에서 240 ± 2 nm로 변화하였다. The polymerization reaction was carried out at 80° C. for 2 hours with continuous stirring of the solution. The aqueous colloidal suspension was cooled on an ice bath and stored in a refrigerator prior to use. Thus, when the colloid was dispersed in deionized water, its hydrodynamic diameter changed from 467 ± 7 nm at 25 °C (less than LCST (33 °C)) to 240 ± 2 nm at 50 °C.

실시예 1 Example 1

도 1에 나타낸 바와 같이 앞서 제조된 콜로이드를 이용하여 기판 상에 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 형성하였다.As shown in FIG. 1, a non-dense colloidal crystal pattern was formed on a substrate using the previously prepared colloid.

평면 기판 상에 조밀 콜로이드의 결정성 단층막 형성Formation of a crystalline monolayer film of dense colloid on a flat substrate

앞서 제조된 수계 하이드로겔 콜로이드 현탁액을 원심 분리한 다음, 상층액을 버리고 케이크를 에탄올 내에서 재분산시켰다. 정제 프로세스를 1회 이상 반복하였으며, 콜로이드는 최종적으로 이소프로필알코올(IPA) 내에 분산시켰다. The previously prepared aqueous hydrogel colloidal suspension was centrifuged, then the supernatant was discarded and the cake redispersed in ethanol. The purification process was repeated one more time, and the colloid was finally dispersed in isopropyl alcohol (IPA).

페트리 디쉬(Petri dish) 내로 탈이온수를 충진하고 이소프로필알코올 내에 분산된 콜로이드를 탈이온수 표면 상에 적가하여 공기-물 계면에서 콜로이드 결정 단층막을 형성하였다. 그 다음, 기판으로서 실리콘 웨이퍼(1.3 × 1.3 cm2) 및 PET 필름을 이용하여 신속하게 조밀 콜로이드 결정성 단층막 필름을 기판으로 신속하게 이동(전사)시켰다. 상기 단층막 필름은 상온에서 건조시켰다. Deionized water was filled into a Petri dish, and colloids dispersed in isopropyl alcohol were dropped onto the surface of the deionized water to form a colloidal crystal monolayer at the air-water interface. Then, the dense colloidal crystalline monolayer film was rapidly transferred (transferred) to the substrate using a silicon wafer (1.3×1.3 cm 2 ) and a PET film as substrates. The monolayer film was dried at room temperature.

글라스 상에 조밀 단층막 필름을 제조하는 경우, 글라스의 후면 상에 콜로이드가 부분적으로 흡착되는 것을 방지하기 위하여 2개의 베어(bare) 글라스를 중첩시켰다. 그 다음, 상기 중첩된 베어 글라스는 공기-물 계면에서 형성된 조밀 단층막을 글라스의 일 면으로 이동시키기 위하여 사용되었다. 이동 후, 후면 측의 글라스를 제거하였다. In the case of preparing a dense monolayer film on glass, two bare glasses were overlapped to prevent partial adsorption of colloid on the rear surface of the glass. Then, the overlapped bare glass was used to move the dense monolayer formed at the air-water interface to one side of the glass. After moving, the glass on the rear side was removed.

실리콘 웨이퍼 기판 상에 형성된 조밀 콜로이드 결정 단층막에 대한 SEM 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 2가 및 도 2나에 나타내었다.An SEM analysis was performed on a dense colloidal crystal monolayer formed on a silicon wafer substrate, and the results are shown in FIGS. 2A and 2B.

상기 도면으로부터, 평면의 기판 상에 조밀 결정 패턴이 형성되었음을 확인할 수 있다. 이때, 조밀 콜로이드 단층막은 양 전하의 콜로이드와 음 전하의 실리콘 웨이퍼 기판 간의 정전기적 인력을 통하여 기판 상에 부착되어 있다. 도 2가에 따르면, 조밀 콜로이드 결정 단층막의 격자 상수는 379 ± 14 nm로서 단층막 내 콜로이드의 직경(즉, 372 ± 16 nm)과 유사하였다. 또한, 도 2나를 참조하면, 콜로이드는 약 40 nm 두께를 가지면서 평평한 형태를 갖고 있는 바, 이는 단층막의 제조 과정에서 사용된 물/이소프로판올의 증발로 인한 것이다. From the figure, it can be confirmed that a dense crystal pattern is formed on the flat substrate. At this time, the dense colloid monolayer is attached to the substrate through the electrostatic attraction between the positively charged colloid and the negatively charged silicon wafer substrate. According to FIG. 2(a), the lattice constant of the dense colloidal crystal monolayer was 379 ± 14 nm, similar to the diameter of the colloid in the monolayer (ie, 372 ± 16 nm). Also, referring to FIG. 2B, the colloid has a flat shape with a thickness of about 40 nm, which is due to evaporation of water/isopropanol used in the manufacturing process of the monolayer film.

조밀 콜로이드 결정 패턴으로부터 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조Preparation of non-dense colloidal crystal patterns from dense colloidal crystal patterns

조밀 콜로이드 결정성 단층막이 형성된 평면의 실리콘 웨이퍼 기판을 5 mL 테트라하이드로퓨란(THF; χα = 0.32)에 25℃에서 10분 동안 침적시킨 후, 4.8 mL의 THF를 제거하였다. 그 다음, 10 mL의 디에틸 에테르(DEE; χα = 0.76)를 투입하여 THF의 체적 분율(φTHF)이 0.02인 혼합 용액 내에서 기판을 유지하였다. 이때, 기판의 침적 시간을 각각 5분 및 10분을 변화시키면서 처리하였다. 이후, 샘플을 꺼내어 60℃에서 건조시켰다. 수득된 샘플에 대한 SEM 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 2다 및 2라(침적 시간: 5분) 및 도 2마 및 도 2바(침적 시간: 10분)에 나타내었다.A flat silicon wafer substrate on which a dense colloidal crystalline monolayer was formed was immersed in 5 mL of tetrahydrofuran (THF; χ α = 0.32) at 25° C. for 10 minutes, and then 4.8 mL of THF was removed. Then, 10 mL of diethyl ether (DEE; χ α = 0.76) was added to maintain the substrate in a mixed solution having a volume fraction of THF (φ THF ) of 0.02. At this time, the substrate was treated while changing the immersion time of 5 minutes and 10 minutes, respectively. Then, the sample was taken out and dried at 60°C. SEM analysis was performed on the obtained sample, and the results are shown in FIGS. 2C and 2LA (immersion time: 5 minutes) and FIGS. 2M and 2F (immersion time: 10 minutes).

도 2다에 따르면, 격자 상수는 379 ± 14 nm으로 측정되었는데, 이는 조밀 콜로이드 단층막에서와 유사한 수준이었는 바, 콜로이드 결정 패턴이 성공적으로 형성되었음을 지시한다. 또한, 콜로이드의 직경은 221 ± 13 nm로 평가되었다.According to FIG. 2C, the lattice constant was measured to be 379 ± 14 nm, which was similar to that of the dense colloidal monolayer, indicating that the colloidal crystal pattern was successfully formed. In addition, the diameter of the colloid was estimated to be 221 ± 13 nm.

도 2라에 따르면, 대부분의 콜로이드는 입자의 끝에 패브릴(fibril)이 형성되는 것을 볼 수 있는데, 이는 주변의 6개의 콜로이드로부터 콜로이드가 분리되는 과정에서 형성된 것으로 판단된다. 도 2마 및 도 2바에 따르면, THF-DEE 혼합 용액 내 침적 시간이 10분으로 증가한 경우에 패브릴은 감소하였다. 이때, 콜로이드 직경은 217 ± 19 nm이었고, 콜로이드의 높이는 대략 97 nm이었다. According to FIG. 2D, most of the colloids can be seen that fibril is formed at the end of the particle, which is determined to be formed in the process of separating the colloid from the surrounding 6 colloids. According to FIG. 2E and FIG. 2B, when the immersion time in the THF-DEE mixed solution increased to 10 minutes, the fabric decreased. At this time, the colloidal diameter was 217 ± 19 nm, and the colloidal height was approximately 97 nm.

한편, 단층막-코팅된 실리콘 웨이퍼 표면은 DEE를 첨가한 즉시, 방향에 따라 변화하는 색상(녹색과 푸른색의 혼합)을 나타내었다. 기판의 건조 과정에서 색상은 변화하지 않았다(도 2다 및 도 2마 각각의 삽입도면 참조). 이처럼, 색상 변화는 주로 조밀 패턴이 비-조밀 패턴으로 전환됨으로써 유발되는 것으로 판단된다. On the other hand, the single-layer-coated silicon wafer surface showed color (mixture of green and blue) changing according to the direction immediately after the addition of DEE. The color did not change during the drying process of the substrate (see the insets of FIGS. 2C and 2E, respectively). As such, it is believed that the color change is mainly caused by the conversion of a dense pattern to a non-dense pattern.

또한, THF-DEE 혼합 용매 내 침적 시간에 관계없이 콜로이드 직경은 실질적으로 동일하였는 바(2 시간에서 226 ㅁ 16 nm), 도 2다 내지 도 2마에서 나타난 패턴은 실리콘 웨이퍼 기판 전체에 걸쳐 균일하게 형성되었다.In addition, since the colloidal diameter was substantially the same regardless of the immersion time in the THF-DEE mixed solvent (226 ㅁ 16 nm at 2 hours), the patterns shown in FIGS. 2C to 2E were uniform throughout the silicon wafer substrate. was formed

실시예 2Example 2

실시예 1에 따라 조밀 콜로이드 결정성 단층막이 형성된 평면의 실리콘 웨이퍼 기판을 제조하고, 이를 5 mL THF에 25℃에서 10분 동안 침적시킨 후 4.0 mL의 THF를 제거하였다. 그 다음, 9 mL의 DEE를 투입하여 THF의 체적 분율(φTHF) 0.1인 혼합 용액에 10분 동안 유지하였다. 샘플을 꺼내어 60℃에서 건조시켰다. 이와 같은 방식으로 φTHF를 각각 0.2, 0.3, 0.4 및 0.5로 조절한 혼합 용액에서 처리하여 샘플을 수득하였다. 그 결과를 도 3가 내지 도 3바에 나타내었다. 이때, φTHF는 0.1 (가), 0.2 (나), 0.3 (다), 0.4(라, 마), 및 0.5 (바)이었다.A flat silicon wafer substrate having a dense colloidal crystalline monolayer was prepared according to Example 1, and immersed in 5 mL THF at 25° C. for 10 minutes, and then 4.0 mL of THF was removed. Then, 9 mL of DEE was added and maintained for 10 minutes in a mixed solution having a volume fraction of THF (φ THF ) of 0.1. The sample was taken out and dried at 60°C. Samples were obtained by treating in a mixed solution in which φ THF was adjusted to 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5, respectively, in this manner. The results are shown in FIGS. 3A to 3B. At this time, φ THF was 0.1 (a), 0.2 (b), 0.3 (c), 0.4 (d, e), and 0.5 (f).

도 3가 내지 도 3다를 참조하면, 콜로이드의 직경은 각각 224 ± 20 nm, 220 ± 22 nm, 및 218 ± 17 nm이었으며, 이는 φTHF가 0.02인 경우의 콜로이드 사이즈인 217 ± 19 nm와 유사하였다. 반면, φTHF가 0.4인 경우에는 반복 실험을 통하여 상이한 결과가 관찰되었다. 첫 번째 2회의 실험(도 3라)에서, φTHF가 0.3인 경우에 비하여 콜로이드 직경은 증가하였다(286 ± 14 nm). 다른 실험 셋에 있어서, 콜로이드는 조밀 패턴이었고(도 3마), 이의 직경은 362 ± 21 nm이었다. 모든 결과에 기초하여, 평균 콜로이드 직경은 309 ± 41 nm이었다. 이러한 결과는 직경이 용매 조성의 열역학적 조건의 미세한 변화에 민감하다는 점을 시사한다. φTHF가 0.5인 경우(도 3바), 모든 콜로이드 입자는 조밀 패턴을 나타내었고, 이의 직경은 368 ± 13 nm이었다.Referring to FIGS. 3A to 3C, the colloidal diameters were 224 ± 20 nm, 220 ± 22 nm, and 218 ± 17 nm, respectively, which were similar to the colloidal size of 217 ± 19 nm when φ THF was 0.02. . On the other hand, when φ THF was 0.4, different results were observed through repeated experiments. In the first two experiments (Fig. 3a), the colloid diameter increased (286 ± 14 nm) compared to the case where φ THF was 0.3. In the other three experiments, the colloid was in a dense pattern (Fig. 3E), and its diameter was 362 ± 21 nm. Based on all results, the average colloidal diameter was 309 ± 41 nm. These results suggest that the diameter is sensitive to slight changes in the thermodynamic conditions of the solvent composition. When φ THF was 0.5 (Fig. 3 bar), all colloidal particles showed a dense pattern, and their diameter was 368 ± 13 nm.

한편, 도 4가는 혼합 용액 내 THF의 체적 분율에 따른 단층막 내 콜로이드 입자의 직경을 나타내는 그래프로서, 콜로이드 직경에 대한 분석 결과를 요약한 것이다. 비-조밀 패턴 내 콜로이드의 직경은 φTHF가 0.3에 도달할 때까지 거의 일정하게 유지되었으며, 이후 급격히 증가하였다. φTHF 및 φDEE를 이용하여 용매 혼합물의 평균 용해도 파라미터를 측정할 수 있기 때문에, THF-DEE 혼합물과 고분자 겔에 대한 χα 값을 산출하였다.Meanwhile, FIG. 4 is a graph showing the diameter of colloidal particles in the monolayer film according to the volume fraction of THF in the mixed solution, and summarizes the analysis results for the colloidal diameter. The diameter of the colloids in the non-dense pattern remained almost constant until φ THF reached 0.3, after which it increased rapidly. Since the average solubility parameter of the solvent mixture can be measured using φ THF and φ DEE , the χ α value for the THF-DEE mixture and the polymer gel was calculated.

한편, 도 4나에서는, 콜로이드를 구성하는 고분자와 혼합 용매와의 χα 값에 따른 콜로이드 입자의 변화(d/d0)를 관찰한 결과를 나타낸다. 도 4나를 참조하면, d/d0 값은 χα 값(φTHF: 0.3)이 0.58로 감소될 때까지 일정하게 유지되었다. 이후, d/d0 값은 급격히 증가하여 χα 값(φTHF: 0.5)이 0.49에서 거의 1에 도달하였다. On the other hand, in FIG. 4B, the result of observing the change (d / d 0 ) of the colloidal particles according to the χ α value between the polymer constituting the colloid and the mixed solvent is shown. Referring to FIG. 4B, the d/d 0 value was kept constant until the χ α value (φ THF : 0.3) decreased to 0.58. After that, the d/d 0 value rapidly increased and the χ α value (φ THF : 0.5) reached almost 1 from 0.49.

이러한 결과를 sigmoidal curve를 이용하여 피팅하여 추세선을 포함시키고, 입자의 크기가 급격하게 변화하는 시작점, 변곡점(inflection point), 및 종점을 예측하였다.These results were fitted using a sigmoidal curve to include a trend line, and the start point, inflection point, and end point where the size of the particles rapidly changed were predicted.

상기 결과에 의하면 전이 시작점은 χα 값이 0.56에서 관찰되었고, 변곡점은 χα 값이 0.54에서 관찰되었다. 전이는 χα≤0.50에서 거의 완결되었고, d/d0는 χα 값이 각각 0.50 및 0.49에서 0.98 및 0.99에 도달한다. 이러한 값은 이론적 세타(theta) 조건(χ=0.5)에 근접한다.According to the above results, the transition starting point was observed at χ α value of 0.56, and the inflection point was observed at χ α value of 0.54. The transition is almost complete at χ α ≤0.50, and d/d 0 reaches χ α values of 0.50 and 0.49 to 0.98 and 0.99, respectively. This value approximates the theoretical theta condition (χ=0.5).

이처럼, 비-조밀 콜로이드 결정 패턴은 콜로이드 고분자에 대한 양용매 (χα<0.5) 및 비용매 (χα>0.5) 조합(또는 쌍)의 적절한 선택 및 적절한 용매 조성을 통하여 구현할 수 있는 것으로 볼 수 있다.As such, it can be seen that a non-dense colloidal crystal pattern can be realized through appropriate selection of a good solvent (χ α <0.5) and non-solvent (χ α >0.5) combination (or pair) and appropriate solvent composition for the colloidal polymer. .

실시예 3Example 3

실시예 1에 따라 조밀 콜로이드 결정성 단층막이 형성된 평면의 실리콘 웨이퍼 기판을 제조하고, 이를 5 mL 에탄올에 25℃에서 10분(도 5가, 나) 또는 1 시간(도 5다, 라) 동안 침적시킨 후 4.8 mL의 에탄올을 제거하였다. 그 다음, 10 mL의 DEE를 투입하여 에탄올의 체적 분율(φEtOH) 0.02인 혼합 용액에 10분 동안 유지하였다. 샘플을 꺼내어 60℃에서 건조시켰다. 샘플에 대한 분석 결과를 도 5가 내지 도 5나에 나타내었다.A flat silicon wafer substrate on which a dense colloidal crystalline monolayer was formed was prepared according to Example 1, and immersed in 5 mL ethanol at 25° C. for 10 minutes (FIG. 5A, B) or 1 hour (FIG. 5C, D). After that, 4.8 mL of ethanol was removed. Then, 10 mL of DEE was added and maintained for 10 minutes in a mixed solution having a volume fraction of ethanol (φ EtOH ) of 0.02. The sample was taken out and dried at 60°C. The analysis results of the samples are shown in FIGS. 5A to 5B.

도 5가 및 도 5나를 참조하면, 비-조밀 결정 패턴의 콜로이드 직경(에탄올 내 침적 시간: 10분)은 240 ± 17 nm이었다. 또한, 도 5다 및 도 5라에 따르면, 비-조밀 결정 패턴의 콜로이드 직경(에탄올 내 침적 시간: 1 시간)은 232 ± 11 nm이었다. THF-DEE의 경우와 대비하면, 콜로이드 직경은 10 내지 20 nm 증가하였다. 또한, 패턴 내 콜로이드는 THF-DEE의 경우에서 얻어지는 패턴 내 콜로이드보다 6각형에 근사하였고, 패브릴은 6각형의 엣지에서 대부분 형성되었다. 이러한 결과는 콜로이드에 대한 양용매 선정이 패턴 내 콜로이드의 형태학적 특성에 영향을 미칠 수 있고, 패턴의 형성을 정밀하게 조절할 수 있음을 시사한다.Referring to Figs. 5A and 5B, the colloidal diameter of the non-dense crystal pattern (immersion time in ethanol: 10 minutes) was 240 ± 17 nm. Also, according to Figs. 5c and 5d, the colloidal diameter (immersion time in ethanol: 1 hour) of the non-dense crystal pattern was 232 ± 11 nm. Compared to the case of THF-DEE, the colloidal diameter increased by 10 to 20 nm. In addition, the colloid in the pattern was closer to a hexagon than the colloid in the pattern obtained in the case of THF-DEE, and the fabric was mostly formed at the edge of the hexagon. These results suggest that the selection of a good solvent for the colloid can affect the morphological characteristics of the colloid in the pattern, and the formation of the pattern can be precisely controlled.

실시예 4Example 4

실시예 1에 따라 조밀 콜로이드 결정성 단층막이 형성된 평면의 실리콘 웨이퍼 기판을 제조하고, 이를 5 mL 메탄올에 25℃에서 10분 동안 침적시킨 후 4.8 mL의 메탄올을 제거하였다. 그 다음, 10 mL의 DEE를 투입하여 메탄올의 체적 분율(φMeOH) 0.02인 혼합 용액에 10분 동안 유지하였다. 샘플을 꺼내어 60℃에서 건조시켰다. 메탄올-DEE 쌍(pair)을 이용하여 형성된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴에 대한 SEM 분석 결과를 도 6에 나타내었다. According to Example 1, a flat silicon wafer substrate having a dense colloidal crystalline monolayer was prepared, dipped in 5 mL methanol at 25° C. for 10 minutes, and then 4.8 mL of methanol was removed. Then, 10 mL of DEE was added to the mixed solution having a volume fraction of methanol (φ MeOH ) of 0.02 and maintained for 10 minutes. The sample was taken out and dried at 60°C. The results of SEM analysis of the non-dense colloidal crystal pattern formed using the methanol-DEE pair are shown in FIG. 6 .

메탄올의 χα 값은 0.38이었는 바, 이는 THF(χα = 0.32)와 유사하였다. 도 6를 참조하면, 콜로이드 형상은 THF-DEE 쌍을 사용한 경우에 얻어지는 형상과 유사하였다.The χ α value of methanol was 0.38, which was similar to THF (χ α = 0.32). Referring to Figure 6, the colloidal shape was similar to the shape obtained when using a THF-DEE pair.

실시예 5Example 5

메탄올-물의 공-비용해성을 이용한 비-조밀 결정 패턴의 제조Preparation of non-dense crystal patterns using methanol-water co-insolubility

실시예 1에 따라 조밀 콜로이드 결정성 단층막이 형성된 평면의 실리콘 웨이퍼 기판을 제조하고, 이를 25℃에서 메탄올-물의 혼합 용매의 몰 분율을 변화시키면서 혼합 용매를 제조하였고 이러한 각각의 용액에 기판을 침적시켜 패턴을 제조하였다. 이후, 샘플을 150℃에서 건조시켜 패턴을 수득하였다. 이때, 혼합 용매 내 메탄올의 몰 분율(xM)을 0.05에서 0.55까지 변화시켰다. According to Example 1, a flat silicon wafer substrate on which a dense colloidal crystalline monolayer was formed was prepared, and mixed solvents were prepared while changing the mole fraction of the methanol-water mixed solvent at 25 ° C. The substrate was immersed in each of these solutions. A pattern was made. Then, the sample was dried at 150° C. to obtain a pattern. At this time, the mole fraction (x M ) of methanol in the mixed solvent was changed from 0.05 to 0.55.

메탄올-물 용액(xM=0.4) 내에서 단층막을 침적시킨 후에 형성된 콜로이드 결정 패턴의 광학 사진(가) 및 SEM 사진(나, 다)을 도 7에 나타내었다. Optical images (a) and SEM images (b, c) of the colloidal crystal pattern formed after depositing the monolayer in a methanol-water solution (x M = 0.4) are shown in FIG. 7 .

도 7가에 나타낸 바와 같이, xM 값이 0.05 및 0.1에서는 기판 색상은 변화하지 않았다. 그러나, xM 값이 0.15부터는 푸른색으로 변화하기 시작하였다. 색상은 xM 값이 0.5가 될 때까지 유지되었으며, xM 값이 0.55에서는 사라졌다. 이와 관련하여, 기판의 색상이 변화한다는 것은 단층막과 다른 구조가 형성되었음을 의미한다. As shown in Fig. 7(a), the color of the substrate did not change at x M values of 0.05 and 0.1. However, the x M value started to change to blue from 0.15. The color is maintained until the x M value is 0.5, and disappears at x M value of 0.55. In this regard, the change in color of the substrate means that a structure different from that of the monolayer film is formed.

도 7나 및 도 7다에 따르면, 패턴은 디스크와 유사한 형상을 갖고, 이의 직경은 294 ㅁ 12 nm이었다. 이러한 결과는 콜로이드의 체적 전이를 유도할 수 있는 공-비용해성을 도입함으로써 비-조밀 콜로이드 결정 패턴이 형성될 수 있음을 뒷받침한다. 즉, 특정 메탄올-몰 조성 내에서는 혼합 용액이 콜로이드를 수축시킬 수 있고, 이에 따라 패턴을 형성할 수 있다.According to Figs. 7B and 7C, the pattern had a disk-like shape, and its diameter was 294 ± 12 nm. These results support that non-dense colloidal crystal patterns can be formed by introducing co-insolubles that can induce volume transitions of colloids. That is, within a certain methanol-molar composition, the mixed solution can contract the colloid, thereby forming a pattern.

실시예 6Example 6

- 오목한 표면의 기판 상에 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조- Fabrication of non-dense colloidal crystal patterns on concave surface substrates

오목한 표면 구조 상에 조밀 패턴의 단층막을 형성하기 위하여, 먼저 빌딩 블록으로서 폴리스티렌(PS) 미세구(microsphere)를 이용하여 슬라이드 글라스 상에 조밀 패턴의 콜로이드 단층막을 제조하였다. 직경 약 6 ㎛를 지닌 PS 미세구는 기존의 문헌(Can. J. Chem. 1985, 63, 209)에 기재된 방법을 변형하여 합성하였다. 이와 같이 제조된 PS 미세구를 원심분리하고 에탄올을 사용하여 재분산시켜 정제하였다. 정제과정은 2회 이상 반복하였고, 정제된 미세구는 최종적으로 1-부탄올 내에서 재분산시켰다. In order to form a dense pattern monolayer on the concave surface structure, a colloidal monolayer with a dense pattern was first prepared on a slide glass using polystyrene (PS) microspheres as a building block. PS microspheres with a diameter of about 6 μm were synthesized by modifying the method described in the literature (Can. J. Chem. 1985, 63, 209). The PS microspheres thus prepared were centrifuged and redispersed using ethanol to purify. The purification process was repeated more than twice, and the purified microspheres were finally redispersed in 1-butanol.

부탄올 매질 내 PS가 분산된 분산물의 일정량을 탈이온수 표면 상에 떨어뜨려 콜로이드 결정 단층막을 형성하였다. 그 다음, 콜로이드 결정 단층막을 슬라이드글라스로 전사하였다. 주기적으로 오목한 구조를 형성하기 위하여, Sylgard 184 전구체(실록산 올리고머 및 가교제가 10 : 1의 중량 비로 조합된 혼합물)을 PS계 콜로이드 결정 단층막 상에 첨가하였다. 혼합물을 60℃에서 6 시간 동안 경화시킨 후, PDMS 필름을 기재로부터 분리하고, 순수 아세톤 내에 55℃에서 2 시간 동안 침적시킴으로써 추가적으로 세정하였다(오목한 구조 표면의 반구 직경: 약 4.5 ㎛). 최종적으로, 조밀 패턴의 단층막을 오목한 구조의 표면 상에 전사하였다. A certain amount of the dispersion in which PS was dispersed in a butanol medium was dropped on the surface of deionized water to form a colloidal crystal monolayer. Then, the colloidal crystal monolayer was transferred to slide glass. In order to periodically form a concave structure, Sylgard 184 precursor (a mixture in which a siloxane oligomer and a crosslinking agent are combined in a weight ratio of 10:1) was added onto the PS-based colloidal crystal monolayer. After curing the mixture at 60° C. for 6 hours, the PDMS film was separated from the substrate and further cleaned by immersion in pure acetone at 55° C. for 2 hours (hemispheric diameter of concave structure surface: about 4.5 μm). Finally, a monolayer film of a dense pattern was transferred onto the surface of the concave structure.

실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 THF-DEE 용매 쌍을 사용하여 오목한 표면 구조 상에 비-조밀 콜로이드 결정 단층막을 생성하였다(기판의 침적 시간은 10분으로 설정하였음). 이후, 샘플을 60℃에서 건조시켜 패턴을 수득하였다. 상기 수득된 패턴에 대한 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.A non-dense colloidal crystal monolayer was produced on the concave surface structure using a THF-DEE solvent pair according to the same procedure as in Example 1 (the deposition time of the substrate was set to 10 minutes). Then, the sample was dried at 60° C. to obtain a pattern. An analysis was performed on the obtained pattern, and the results are shown in FIG. 8 .

도 8가 내지 도 8다 각각은 오목한 PDMS 표면 상에 형성된 콜로이드 패턴을 보여주는 SEM 사진이다. 8A to 8A are SEM images showing colloidal patterns formed on the concave PDMS surface, respectively.

도 8가 및 8나에서 나타난 바와 같이, 콜로이드 패턴은 기판의 포어 내에 구조화되어 있으나, 도 8C와 같이 일부 포어 안에 패턴이 형성이 되어 있지 않은 부분도 발견되었다. 그러나, 전체적으로는 기판의 포어 내에 양호하게 구조화되어 있다고 할 수 있으며, 이상의 결과는 실시예에 따른 방법을 통하여 마이크로 수준으로 구조화된 표면 위에 콜로이드 패턴을 구조체의 손상없이 형성시킬 수 있는 가능성을 제시하는데 충분하다고 판단된다. As shown in FIGS. 8A and 8B, the colloidal pattern is structured in the pores of the substrate, but as shown in FIG. 8C, some portions where the pattern is not formed are also found. However, overall, it can be said that the substrate is well structured within the pores, and the above results are sufficient to suggest the possibility of forming a colloidal pattern on the micro-level structured surface without damaging the structure through the method according to the embodiment. It is judged to be

- PET 필름 재질의 기판 상에 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조- Fabrication of a non-dense colloidal crystal pattern on a substrate made of PET film

PET 필름(1.5 ㅧ 1.5 ㎠) 기판을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 단층막을 형성하였으며(THF-DEE 혼합 용매 내에서 10분 동안 침적시킴), SEM을 이용하여 분석하였다. 그 결과를 도 9가 및 도 9나에 나타내었다.A monolayer film of a non-dense colloidal crystal pattern was formed according to the same procedure as in Example 1 except for using a PET film (1.5 × 1.5 cm 2 ) substrate (immersed in a THF-DEE mixed solvent for 10 minutes). , analyzed using SEM. The results are shown in FIGS. 9A and 9B.

상기 도면에서 수득된 필름은 보는 각도에 따라 색이 변하는(iridescent) 녹색을 나타내었다(도 9가의 삽입 도면). 도 9나에 따르면, 콜로이드 결정 패턴은 구형 콜로이드이고, 이의 직경은 208ㅁ10 nm이었다. 측면 SEM 사진(도 8라)에서는 약 120 nm의 높이를 갖는 정렬된 돔-형상 고분자 패턴이 형성되었음을 보여준다.The film obtained in the figure showed an iridescent green color depending on the viewing angle (Fig. 9A inset). According to FIG. 9B, the colloidal crystal pattern was a spherical colloid, and its diameter was 208±10 nm. The lateral SEM image (FIG. 8D) shows that an aligned dome-shaped polymer pattern with a height of about 120 nm was formed.

- 비-조밀 콜로이드 패턴은 이의 광 결정 특성으로 인하여 보는 각도에 따라 색이 변하는 색상을 나타낼 뿐만 아니라, 가시 광 주파수에서 방현 특성을 보유한다. 도 10가는 패턴이 형성되지 않은 순수 슬라이드 글라스 (이하 bare glass), 그리고 조밀 콜로이드 결정 패턴 및 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 코팅된 슬라이드 글라스의 투과율을 보여준다. 상기 도면에 따르면, bare glass의 투과율은 약 90%이었고, 조밀 결정 패턴으로 코팅된 글라스는 400 nm 이상에서 90-91%의 투과율을 나타내었다. 반면, 비-조밀 결정 패턴으로 코팅된 글라스는 455 nm 이상에서 베어 글라스보다 높은 투과율을 나타내었고, 519 nm에서 94.6%의 최대 투과율을 나타내었다 또한, 800 nm에서 투과율은 92.7%이었다.- The non-dense colloidal pattern not only exhibits a color that changes color depending on the viewing angle due to its photonic crystal properties, but also retains anti-glare properties at visible light frequencies. FIG. 10 shows the transmittance of a pure slide glass without a pattern (hereinafter referred to as bare glass) and a slide glass coated with a dense colloidal crystal pattern and a non-dense colloidal crystal pattern. According to the figure, the transmittance of the bare glass was about 90%, and the glass coated with the dense crystal pattern showed a transmittance of 90-91% at 400 nm or more. On the other hand, the glass coated with the non-dense crystal pattern exhibited a higher transmittance than the bare glass at 455 nm or more, and a maximum transmittance of 94.6% at 519 nm. In addition, the transmittance at 800 nm was 92.7%.

도 10나는 PET 필름, 그리고 조밀 콜로이드 결정 패턴 및 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 코팅된 PET 필름의 투과율을 보여준다. 400-800 nm 범위에서 PET 필름의 투과율은 85.4 내지 88% 범위이었다. 조밀 결정 패턴으로 코팅되는 경우, 투과율은 87.6-89%까지 증가하였다. 비-조밀 결정 패턴으로 코팅된 PET 필름은 435 nm 이상의 대역에서 베어 PET 필름보다 높은 투과율을 나타내었으며, 489 nm 이상의 대역에서 투과율은 90% 이상이었다. 또한, 633 nm에서 93.1의 최대 투과율을 나타내었다. 이외에도, 800 nm까지 92%를 초과하는 투과율을 유지하였다(800 nm에서 92.4%).10I shows transmittance of a PET film and a PET film coated with a dense colloidal crystal pattern and a non-dense colloidal crystal pattern. The transmittance of the PET film in the range of 400-800 nm ranged from 85.4 to 88%. When coated with a dense crystal pattern, the transmittance increased to 87.6-89%. The PET film coated with the non-dense crystal pattern exhibited higher transmittance than the bare PET film in the band of 435 nm or more, and the transmittance in the band of 489 nm or more was 90% or more. In addition, it exhibited a maximum transmittance of 93.1 at 633 nm. In addition, transmittance exceeding 92% was maintained until 800 nm (92.4% at 800 nm).

조밀 콜로이드 결정 단층막이 비-조밀 콜로이드 결정 패턴으로 전환되는 경우, 매질과 기판 간의 계면으로부터의 광 반사율은 광의 수직 입사광에서의 Fresnel 식, 즉 [(n o-n s)/(n o+n s)]2에 따라 매질(n0)과 기판(ns)의 굴절률로부터 측정될 수 있다. 따라서, 공기와 투명 기판(글라스의 굴절률(n): 1.5, PET 필름의 굴절률(n): 1.575) 사이의 중간 굴절률을 갖는 콜로이드 패턴을 도입함으로써 기판의 반사율을 저감할 수 있다.When the dense colloidal crystal monolayer is converted to a non-dense colloidal crystal pattern, the light reflectance from the interface between the medium and the substrate is the Fresnel equation at normal incidence of light, that is, [( n o - n s )/( n o + n s )] 2 can be measured from the refractive indices of the medium (n 0 ) and the substrate (n s ). Therefore, the reflectance of the substrate can be reduced by introducing a colloidal pattern having an intermediate refractive index between air and the transparent substrate (refractive index (n) of glass: 1.5, refractive index (n) of PET film: 1.575).

또한, 패턴은 대부분 돔과 유사한 기하학적 특성을 갖는다. 이 경우, 비-조밀 결정 패턴으로부터 굴절률의 점차적인 변화가 예상되며, 이는 기판에 방현 기능을 부여할 수 있음을 의미한다.Also, the patterns mostly have geometrical properties similar to domes. In this case, a gradual change in refractive index is expected from the non-dense crystal pattern, which means that an anti-glare function can be imparted to the substrate.

실시예 7Example 7

실시예 6에서와 동일한 절차에 따라 글라스 기판 및 PET 필름 각각에 조밀 결정 패턴을 코팅하였다. 각각의 기판을 5 mL THF 용액에 침적시킨 다음, 4.8 mL의 THF를 제거한 다음, 0.1 중량%의 광경화 고분자 전구체가 포함되어 있는 DEE 10 mL를 투입하여 24시간 동안 패턴이 형성됨과 동시에 광경화형 고분자의 전구체(NOA 68)가 충분히 패턴 표면에 흡착될 수 있도록 하였다. 기판을 용액으로부터 꺼내어 건조시킨 후에 UV 램프를 이용하여 기판을 3분 동안 경화시켰다.Dense crystal patterns were coated on each of the glass substrate and the PET film according to the same procedure as in Example 6. After each substrate was immersed in a 5 mL THF solution, 4.8 mL of THF was removed, and then 10 mL of DEE containing 0.1% by weight of the photocurable polymer precursor was added to form a pattern for 24 hours, and at the same time, the photocurable polymer The precursor (NOA 68) was sufficiently adsorbed on the patterned surface. After the substrate was taken out of the solution and dried, the substrate was cured for 3 minutes using a UV lamp.

슬라이드 글라스 및 PET 필름 각각에 광경화형 고분자로 고정화된 비-조밀 결정 패턴의 SEM 사진을 도 11가 및 도 11나에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 비-조밀 패턴은 패턴화 및 고정화가 동시에 수행되는 경우에도 양호하게 유지되었다. 11(a) and 11(b) show SEM images of the non-dense crystal pattern immobilized with the photocurable polymer on the slide glass and the PET film, respectively. According to the figure, the non-dense pattern was well maintained even when patterning and immobilization were performed simultaneously.

본 실시예에 따르면, 광 경화형 고분자를 이용하여 비-조밀 결정 패턴을 고정하였는 바, 이러한 광 경화형 고분자는 가시광 대역에서 광 투명성을 유지하는 것으로 알려져 있다. 고정화 프로세스 수행 후, 패턴화된 기판에 수 액적이 접촉하더라도 보는 각도에 따라 색이 변하는 색상은 보존되었다. 이때, 패턴이 고정되지 않은 경우의 패턴 상의 수접촉각은 86°(글라스 기판) 및 81°(PET 필름)이었다. 한편, 고정화 후의 수접촉각은 103°(글라스 기판) 및 118°(PET 필름)이었다. According to this embodiment, a non-dense crystal pattern was fixed using a light-curable polymer, and such a light-curable polymer is known to maintain light transparency in the visible light band. After performing the immobilization process, even when the water droplet contacts the patterned substrate, the color that changes depending on the viewing angle is preserved. At this time, the water contact angle on the pattern when the pattern was not fixed was 86 ° (glass substrate) and 81 ° (PET film). On the other hand, the water contact angles after immobilization were 103° (glass substrate) and 118° (PET film).

도 11다에 따르면, 고정화된 패턴을 갖는 글라스의 투과율은 비고정된 경우에 비하여 가시광 주파수에서 약 1.5-2.5% 감소하였으나, 473 nm 이상에서 베어 글라스에 비하여 여전히 높은 수준이었다(1.5-2% 더 높음).According to FIG. 11C, the transmittance of the glass having a fixed pattern decreased by about 1.5-2.5% in the visible light frequency compared to the non-fixed case, but was still higher than that of the bare glass at 473 nm or more (1.5-2% more). height).

도 11라에 따르면, 고정된 비-조밀 패턴을 갖는 PET 기판의 투과율은 비고정된 경우에 비하여 0.5-1% 감소하였으나, 고정된 패턴을 갖는 기판은 여전히 베어 PET 필름에 비하여 2% 이상 높은 투과율을 나타내었다.According to FIG. 11D, the transmittance of the PET substrate with the fixed non-dense pattern decreased by 0.5-1% compared to the non-fixed case, but the substrate with the fixed pattern still had transmittance higher than that of the bare PET film by 2% or more. showed

한편, 비-조밀 콜로이드 패턴은 이의 제조방법에 관계없이 양용매(예를 들면, 물)에 노출될 경우에 변경되거나 손상되는 반면, DEE와 같은 비용매에 대하여는 안정성을 나타낸다. 예를 들면, 물에 노출될 때 비-조밀 결정 패턴의 구조가 변경된다. 따라서, 이러한 패턴을 고정시킬 필요가 있다. 이를 위하여, 글루타르알데히드 7.8 중량%를 함유하는 메탄올-물 혼합용매(xM: 0.15)를 사용하여 6시간 동안 실리콘 웨이퍼 기판 상에 코팅되어 있는 조밀 결정 패턴을 침적시켜 고정화된 비-조밀 결정 패턴을 제조하였다. 그 결과를 도 12가 및 도 12나에 나타내었다. On the other hand, the non-dense colloidal pattern is altered or damaged when exposed to a good solvent (eg, water) regardless of its preparation method, while exhibiting stability against non-solvents such as DEE. For example, the structure of the non-dense crystalline pattern changes when exposed to water. Therefore, it is necessary to fix these patterns. To this end, a non-dense crystal pattern fixed by depositing a dense crystal pattern coated on a silicon wafer substrate for 6 hours using a methanol-water mixed solvent (x M : 0.15) containing 7.8% by weight of glutaraldehyde. was manufactured. The results are shown in FIGS. 12A and 12B.

도 12가에 따르면, 콜로이드 직경은 275 ± 18 nm이었다. 또한, 도 12나를 참조하면, 정렬된 어레이의 콜로이드가 유지되었다. According to Fig. 12A, the colloidal diameter was 275 ± 18 nm. Also, referring to FIG. 12B, an ordered array of colloids was maintained.

이상에서 살펴본 바와 같이, 콜로이드 결정 패턴은 특별한 설비 또는 엄격한 조건 제한 없이도 양용매와 비용매 쌍의 적절한 조합, 물과 공용매의 혼합 용매 내 몰 분율 조절 등을 통하여 간편하면서도 높은 재현성으로 형성될 수 있다. 또한, 콜로이드의 형상은 패턴화를 위하여 도입된 용매 쌍에 따라 조절할 수 있다. 특히, 실시예에 따른 용액 리소그래피 방식을 적용할 경우, 기판 상에 패턴화 및 고정화를 동시에 수행할 수 있는 장점을 제공한다. As described above, colloidal crystal patterns can be formed simply and with high reproducibility through proper combination of a good solvent and non-solvent pair, control of the mole fraction in a mixed solvent of water and co-solvent, etc. without special equipment or strict condition restrictions. . In addition, the shape of the colloid can be adjusted according to the solvent pair introduced for patterning. In particular, when the solution lithography method according to the embodiment is applied, an advantage of simultaneously performing patterning and immobilization on a substrate is provided.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be clarified by the appended claims.

Claims (20)

a) 기판의 표면 상에 하이드로겔 고분자 콜로이드의 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 형성하는 단계; 및
b) (i) 상기 하이드로겔 고분자 콜로이드의 팽윤을 유도할 수 있는 양용매인 제1 유기 용매에 상기 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 접촉시켜 단층막 내 콜로이드를 팽윤시킨 다음, 상기 하이드로겔 고분자 콜로이드와 혼화성이 없는 비용매인 제2 유기 용매를 첨가하여 제1 유기 용매와 제2 유기 용매를 포함하는 혼합 용매 내에서 상기 하이드로겔 고분자 콜로이드가 단계 a)에서 형성된 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막 내 하이드로겔 고분자 콜로이드의 직경보다 작도록 수축을 유도함으로써 하이드로겔 고분자 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 형성하거나, 또는 (ii) 모두 양용매인 물 및 공용매를 포함하는 혼합 용매에 상기 조밀 결정 패턴을 갖는 단층막을 접촉시켜 공-비용해에 의한 하이드로겔 고분자 콜로이드의 수축을 유도함으로써 하이드로겔 고분자 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 갖는 단층막으로 전환시키는 단계;
를 포함하며,
여기서, 상기 단계 b)의 (i)에서 제1 유기 용매와의 접촉에 의하여 콜로이드가 팽윤되는 경우에 콜로이드와 용매계의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χα) 값은 0.5 미만으로, 또한 상기 단계 b)의 (i)에서 제2 유기 용매의 첨가에 의하여 콜로이드가 수축되는 경우에 콜로이드와 용매계의 보정된 플로리-허긴스 상호작용 파라미터 값(χα)은 0.5를 초과하도록 조절되는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법.
a) forming a monolayer film having a dense crystal pattern of a hydrogel polymer colloid on a surface of a substrate; and
b) (i) contact the monolayer film having the dense crystal pattern with a first organic solvent, which is a good solvent capable of inducing swelling of the hydrogel polymer colloid, to swell the colloid in the monolayer film, and mix with the hydrogel polymer colloid The hydrogel polymer colloid in a monolayer film having a dense crystal pattern formed in step a) in a mixed solvent containing the first organic solvent and the second organic solvent by adding a second organic solvent, which is a non-chemical non-solvent, Forming a monolayer film having a non-dense crystal pattern of the hydrogel polymer colloid by inducing shrinkage to be smaller than the diameter of the colloid, or (ii) having the dense crystal pattern in a mixed solvent containing water and a co-solvent, both of which are good solvents. converting the hydrogel polymer colloid into a monolayer film having a non-dense crystal pattern by contacting the monolayer film to induce contraction of the hydrogel polymer colloid by co-non-dissolution;
Including,
Here, when the colloid is swollen by contact with the first organic solvent in (i) of step b), the corrected Flory-Huggins interaction parameter (χ α ) value of the colloid and the solvent system is less than 0.5, In addition, when the colloid is contracted by the addition of the second organic solvent in (i) of step b), the corrected Flory-Huggins interaction parameter value (χ α ) of the colloid and the solvent system is adjusted to exceed 0.5. A method for producing non-dense colloidal crystal patterns.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 형성된 콜로이드의 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 및 상기 단계 b)에서 형성된 콜로이드의 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 각각의 격자 상수는 100 nm에서 100 ㎛까지의 범위인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method according to claim 1, wherein the lattice constant of each of the monolayer film having a colloidal dense colloidal crystal pattern formed in step a) and the monolayer film having a non-dense colloidal crystal pattern of colloid formed in step b) is 100 nm at 100 nm. A method for producing a non-dense colloidal crystal pattern, characterized in that the range is up to μm. 제1항에 있어서, 상기 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드 입자 간 거리는 1 nm 미만이고, 또한 상기 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드 입자 간 거리는 적어도 1 nm 범위인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method according to claim 1, wherein the distance between colloidal particles in the monolayer film having the dense colloidal crystal pattern is less than 1 nm, and the distance between colloidal particles in the monolayer film having the non-dense colloidal crystal pattern is at least 1 nm. A method for producing a non-dense colloidal crystal pattern. 제1항에 있어서, 상기 기판은 무기계 기판 또는 유기계 기판으로서, 평평하거나 곡면의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method of claim 1, wherein the substrate is an inorganic substrate or an organic substrate and has a flat or curved surface. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)의 (i)에서 혼합 용매 내 제1 유기 용매의 체적 분율은 0.001 내지 0.4의 범위에서 공-비용해성을 유도하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The non-dense colloidal crystal according to claim 1, wherein the volume fraction of the first organic solvent in the mixed solvent in (i) of step b) is adjusted to induce co-insolubility in the range of 0.001 to 0.4. How to make a pattern. 제6항에 있어서, 상기 단계 b)의 (i)에서 제2 유기 용매의 첨가에 앞서 제1 유기 용매를 일부 제거하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 7. The method of claim 6, wherein a step of partially removing the first organic solvent is performed prior to the addition of the second organic solvent in (i) of step b). 제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 형성된 조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드의 입자 직경 및 두께는 각각 100 nm에서 100 ㎛까지의 범위 및 10 nm에서 50 ㎛까지의 범위이고, 그리고
상기 단계 b)에서 형성된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막 내 콜로이드의 입자 직경 및 두께는 각각 50 nm에서 50 ㎛까지의 범위 및 20 nm에서 30 ㎛까지의 범위인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the particle diameter and thickness of the colloid in the monolayer film having the dense colloidal crystal pattern formed in step a) range from 100 nm to 100 μm and from 10 nm to 50 μm, respectively, and
wherein the particle diameter and thickness of the colloid in the monolayer film having the non-dense colloidal crystal pattern formed in step b) range from 50 nm to 50 μm and from 20 nm to 30 μm, respectively. A method for producing a colloidal crystal pattern.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)의 (ii)에서 혼합 용매 내 공용매의 몰 분율은 0.15 내지 0.5의 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method of claim 1, wherein the molar fraction of the co-solvent in the mixed solvent in step b) (ii) is controlled within a range of 0.15 to 0.5. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)의 (ii)에서 공용매는 탄소수 3 이하의 알코올, DMSO, THF, 1,4-디옥산 및 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method of claim 1, wherein the co-solvent in step b) (ii) is at least one selected from the group consisting of alcohol having 3 or less carbon atoms, DMSO, THF, 1,4-dioxane and acetone. A method for producing dense colloidal crystal patterns. 제10항에 있어서, 상기 알코올은 메탄올인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 11. The method of claim 10, wherein the alcohol is methanol. 제1항에 있어서, 상기 하이드로겔 고분자 콜로이드의 재질은 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드)[poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-알릴아민)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-2-(디메틸아미노)에틸 메타아크릴레이트)[poly(Nisopropylacrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate), poly(NIPAM-co-DMAEMA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl acrylate), poly(NIPAM-co-DMAEA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-아크릴산)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-acrylic acid), poly(NIPAM-co-AAc)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-co-메타아크릴산)[poly(N-isopropyl acrylamide-co-methacrylic acid), poly(NIPAM-co-MAAc)], 폴리(N,N-디에틸아크릴아미드)[poly(N,N-diethylacrylamide)], 폴리(N-비닐카프롤락탐)[poly(N-vinlycaprolactam)], 폴리(에틸렌 글리콜)[poly(ethylene glycol)], 폴리(에틸렌 글리콜-b-프로필렌 글리콜-b-에틸렌 글리콜)[poly(ethylene glycol-b-propylene glycol-b-ethylene glycol)]로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The method of claim 1, wherein the material of the hydrogel polymer colloid is poly (N-isopropyl acrylamide) [poly (N-isopropylacrylamide), pNIPAM], poly (N-isopropyl acrylamide-co-allylamine) [poly (N-isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)[poly(Nisopropylacrylamide-co- 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate), poly(NIPAM-co-DMAEMA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl acrylate)[poly(N-isopropyl acrylamide-co- 2-(dimethylamino)ethyl acrylate), poly(NIPAM-co-DMAEA)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-acrylic acid), poly(NIPAM- co-AAc)], poly(N-isopropyl acrylamide-co-methacrylic acid), poly(NIPAM-co-MAAc)], poly(N,N- Diethylacrylamide)[poly(N,N-diethylacrylamide)], poly(N-vinylcaprolactam)[poly(N-vinlycaprolactam)], poly(ethylene glycol)[poly(ethylene glycol)], poly(ethylene Preparation of a non-dense colloidal crystal pattern, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of glycol-b-propylene glycol-b-ethylene glycol) [poly(ethylene glycol-b-propylene glycol-b-ethylene glycol)] method. 제1항에 있어서, 상기 제1 유기 용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 메탄올, 에탄올, 아세톤, 디클로로메탄, 및 클로로포름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 그리고
상기 제2 유기 용매는 디에틸에테르(DEE), 헥산(n-hexane), 시클로헥산(cyclohexane), 벤젠(benzene) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first organic solvent is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), methanol, ethanol, acetone, dichloromethane, and chloroform, and
Wherein the second organic solvent is at least one selected from the group consisting of diethyl ether (DEE), hexane (n-hexane), cyclohexane, benzene and toluene (non- A method for producing dense colloidal crystal patterns.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)를 수행하는 과정에서, 또는 그 이후에 고정용 성분을 이용하여 상기 고분자 콜로이드의 비-조밀 결정 패턴을 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. The non-dense crystal pattern of claim 1, further comprising fixing the non-dense crystal pattern of the colloidal polymer using a fixing component during or after step b) is performed. A method for producing a colloidal crystal pattern. 제14항에 있어서, 상기 고정용 성분은 광 경화형 고분자로서, 폴리우레탄계, 폴리디메틸실록산계, NOA계, 에폭시계, 및 아크릴계로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 15. The non-dense colloidal crystal pattern of claim 14, wherein the fixing component is a photocurable polymer and is at least one selected from the group consisting of polyurethane, polydimethylsiloxane, NOA, epoxy, and acrylic. Manufacturing method of. 제15항에 있어서, 상기 단계 b)는 고정용 성분으로서 광 경화형 고분자의 전구체가, (i)의 혼합 용매 또는 (ii)의 혼합 용매에 함유된 상태로 수행되며, 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 형성한 후에 광 조사하여 고정화시키는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 16. The method of claim 15, wherein step b) is carried out in a state in which a precursor of a photocurable polymer as a fixing component is contained in the mixed solvent of (i) or the mixed solvent of (ii), and a non-dense colloidal crystal pattern is formed. A method for producing a non-dense colloidal crystal pattern, characterized in that it is formed and then immobilized by light irradiation. 제14항에 있어서, 상기 고정용 성분은 글루타르알데히드 및 글리세롤 디글라이시딜 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 15. The method of claim 14, wherein the fixing component is at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde and glycerol diglycidyl ether. 제17항에 있어서, 상기 단계 b)는 고정용 성분이 (i)의 혼합 용매 또는 (ii)의 혼합 용매에 함유된 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는 비-조밀 콜로이드 결정 패턴의 제조방법. 18. The method for producing a non-dense colloidal crystal pattern according to claim 17, wherein step b) is carried out in a state in which the fixing component is contained in the mixed solvent of (i) or the mixed solvent of (ii). 제1항 및 제3항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따라 제조된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막을 구비한 광학 소재.An optical material having a monolayer film having a non-dense colloidal crystal pattern prepared according to any one of claims 1 and 3 to 18. 제1항 및 제3항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따라 제조된 비-조밀 콜로이드 결정 패턴을 갖는 단층막을 구비한 광학 소재.An optical material having a monolayer film having a non-dense colloidal crystal pattern prepared according to any one of claims 1 and 3 to 18.
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