KR102685161B1 - Color-changing photonic crystal structure containing a titanium-composite and an aldehyde sensor manufactured using the same - Google Patents

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박종목
황태규
정유진
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Abstract

본 개시는 높은 굴절률 차이를 가지는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 포함하여, 특정파장의 빛에 대한 우수한 반사율을 가지며, 고굴절층의 굴절률 조절이 용이할 뿐만 아니라, 상기 저굴절 감응층이 습도 및 알데히드계 물질에 대해서 우수한 감응성을 가짐으로써, 미량의 알데히드계 물질에 노출되면, 현저히 우수한 색변환 시인성을 가지는 색변환 1차원 광결정 구조체를 제공하고, 이를 포함하여 미량의 알데히드계 물질을 사용자가 육안으로 쉽게 관찰이 가능한 알데히드 감지센서로 유용하게 사용할 수 있다. The present disclosure includes a high refractive index layer and a low refractive index response layer having a high refractive index difference, has excellent reflectance for light of a specific wavelength, and not only is it easy to control the refractive index of the high refractive index layer, but the low refractive index response layer is resistant to humidity and aldehyde. By having excellent sensitivity to aldehyde-based materials, we provide a color conversion one-dimensional photonic crystal structure that has significantly excellent color conversion visibility when exposed to trace amounts of aldehyde-based materials, and includes this, allowing users to easily see traces of aldehyde-based materials with the naked eye. It can be useful as an aldehyde detection sensor that can be observed.

Description

습도 감응형 1차원 광결정 구조체 및 이를 이용한 알데히드 감지용 색변환 센서{Color-changing photonic crystal structure containing a titanium-composite and an aldehyde sensor manufactured using the same}Humidity-sensitive one-dimensional photonic crystal structure and color conversion sensor for aldehyde detection using the same {Color-changing photonic crystal structure containing a titanium-composite and an aldehyde sensor manufactured using the same}

본 발명은 높은 굴절률 차이를 가지는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 교차 적층한 1차원 광결정 구조체 및 이를 이용한 알데히드 감지용 색변환 센서를 제공하는 것이다.The present invention provides a one-dimensional photonic crystal structure in which high refractive index layers and low refractive index response layers having a high refractive index difference are alternately stacked, and a color conversion sensor for detecting aldehyde using the same.

알데히드계 물질, 특히 포름알데히드 및 아세트알데히드는 주로 새집증후군의 원인이 되고, 세계보건기구에서 발암물질로 분류된 물질로, 심하게는 수 ppm 농도만으로도 인체에 매우 유해한 물질로 알려져 있다.Aldehyde-based substances, especially formaldehyde and acetaldehyde, mainly cause sick building syndrome and are classified as carcinogens by the World Health Organization, and are known to be very harmful to the human body even at concentrations of several ppm.

포름알데히드 및 아세트알데히드로 인한 문제는 환기가 잘되지 않는 밀폐된 환경에서 더욱 심각하지만, 냉난방 및 미세먼지 등의 많은 이유로 일반적으로 환기를 잘하지 않으므로, 이로 인한 피해는 점차 증가하고 있다.Problems caused by formaldehyde and acetaldehyde are more serious in closed environments with poor ventilation, but since ventilation is generally poor for many reasons such as heating and cooling and fine dust, the damage caused by this is gradually increasing.

이를 해결하기 위해서, 종래에는 미량의 포름알데히드 및 아세트알데히드를 검출할 수 있는 가스 크로마토그래피 질량분석(GC-MS) 또는 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)와 같은 기존의 높은 정확도를 가진 장비를 이용되고 있었으나, 이들은 고가이며 장비설치를 위한 공간이 별도로 필요하고, 실시간으로 포름알데히드 또는 아세트알데히드 검출이 어려우며, 기기작동을 위하여 사용자가 고도로 훈련되어야 하는 문제점을 가진다.To solve this problem, existing high-accuracy equipment such as gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) or high-performance liquid chromatography (HPLC), which can detect trace amounts of formaldehyde and acetaldehyde, has been used. , they are expensive and require separate space for equipment installation, it is difficult to detect formaldehyde or acetaldehyde in real time, and the user must be highly trained to operate the device.

상기 종래의 센서가 가지는 문제점을 해결하기 위해서, 유기 염/안료, 금속-유기-골격체, 셀룰로오스, 및 금속산화물 반도체 등 다양한 재료를 기반으로 하여, 육안검출이 가능한 센서들이 개발되어져 왔으나, 현재까지 보고된 육안검출 센서들은 낮은 시인성 및 낮은 생산성의 문제로 상용되기에는 한계점이 많다.In order to solve the problems of the conventional sensors, sensors capable of visual detection have been developed based on various materials such as organic salts/pigments, metal-organic-skeletons, cellulose, and metal oxide semiconductors. However, to date, sensors capable of visual detection have been developed. The reported visual detection sensors have many limitations for commercial use due to problems of low visibility and low productivity.

본 발명의 발명자들은 종래의 육안검출 센서의 문제점을 해결하고자, 색변환 1차원 광결정 구조체(1D photonic crystal)을 기반으로 하여, 포름알데히드 및 아세트알데히드를 사용자가 쉽게 육안검출이 가능한 센서를 제공하고자 하였다.In order to solve the problems of conventional visual detection sensors, the inventors of the present invention attempted to provide a sensor that allows users to easily visually detect formaldehyde and acetaldehyde based on a color-converting 1D photonic crystal structure. .

광결정 구조체란 서로 다른 굴절률을 갖는 유전물질이 주기적으로 적층된 구조체로서, 이 반복적인 구조체에 입사되는 빛 중, 특정 파장 영역대의 빛이 중첩적 간섭을 통해 선택적으로 반사되는 특징을 가지는 구조체이며, 즉, 광금지대역을 형성하는 구조체를 의미한다. A photonic crystal structure is a structure in which dielectric materials with different refractive indices are periodically stacked. Among the light incident on this repetitive structure, light in a specific wavelength range is selectively reflected through overlapping interference, that is, , refers to a structure that forms a light-forbidden zone.

일반적으로 색변환 광결정 구조체는 구조적 배열 형태 및 주기성에 따라 1차원, 2차원 및 3차원 광결정 구조체로 구분된다. 상기 광결정 구조체 중에서, 1차원 광결정 구조체는 굴절률이 다른 두 소재를 단순히 적층 하는 것으로 간단히 제작이 가능하고, 상기 두 층의 굴절률 및 두께를 조절하여 쉽게 광학적 특성의 제어가 용이한 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해, 상기 1차원 광결정 구조체는 광결정 섬유, 발광소자, 광기전소자뿐만 아니라 다양한 자극을 감지하는 광결정 센서로도 널리 응용되고 있다. 상기 광결정 센서는 온도, 압력 또는 감응물질에 따라 반사색상 변화를 나타내므로, 사용자가 육안으로 외부환경 변화를 인지할 수 있도록 돕는다.In general, color conversion photonic crystal structures are classified into one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional photonic crystal structures depending on the structural arrangement and periodicity. Among the photonic crystal structures, the one-dimensional photonic crystal structure can be manufactured simply by simply stacking two materials with different refractive indices, and has the advantage of being easy to control optical properties by adjusting the refractive index and thickness of the two layers. Due to these advantages, the one-dimensional photonic crystal structure is widely used not only as photonic crystal fibers, light-emitting devices, and photovoltaic devices, but also as photonic crystal sensors that detect various stimuli. The photonic crystal sensor shows changes in reflection color depending on temperature, pressure, or sensitive material, helping users perceive changes in the external environment with the naked eye.

광결정 센서의 상용화를 위해서는 다루기 쉽게 필름형태로 제작이 용이해야 하고, 육안관찰 시인성이 높아야 하며, 사용되는 재료의 가격이 높지 않아야 한다. 상술한 1차원 광결정 구조체는 상기 조건들을 만족하며 높은 상용화 잠재성을 가지고 있으나, 현재까지 포름알데히드 및 아세트알데히드만을 선택적으로 검출 가능한 1차원 광결정 구조체 기반으로 하는 센서는 보고된 바 없다.In order to commercialize a photonic crystal sensor, it must be easy to manufacture in a film form that is easy to handle, visual visibility must be high, and the price of the materials used must not be high. The above-described one-dimensional photonic crystal structure satisfies the above conditions and has high commercialization potential, but to date, a sensor based on the one-dimensional photonic crystal structure capable of selectively detecting only formaldehyde and acetaldehyde has not been reported.

이에 따라 육안으로도 포름알데히드 또는 아세트알데히드만을 선택적으로 민감하게 검출가능하며, 재현성이 우수하고, 시인성이 높으며, 재사용 가능한 색변환 1차원 광결정 구조체의 개발이 절실히 필요하다.Accordingly, there is an urgent need to develop a color-converting one-dimensional photonic crystal structure that can selectively and sensitively detect only formaldehyde or acetaldehyde with the naked eye, has excellent reproducibility, high visibility, and is reusable.

대한민국공개특허공보 제10-2017-0068274 A(2017.06.19)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0068274 A (2017.06.19)

본 발명의 일 구현예로는 다양한 상대습도 환경에서 즉각적인 색변환 및 우수한 시인성을 가지는 색변환 1차원 광결정 구조체를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a color conversion one-dimensional photonic crystal structure that has immediate color conversion and excellent visibility in various relative humidity environments.

본 발명의 일 구현예로는 상기 색변환 1차원 광결정 구조체를 이용하여, 미량의 알데히드계 물질로도 육안검출 가능한 알데히드 감지센서를 제공하는 것이다. One embodiment of the present invention is to provide an aldehyde detection sensor capable of detecting with the naked eye even a trace amount of an aldehyde-based material using the color-converting one-dimensional photonic crystal structure.

본 발명의 일 구현예로는 간단한 공정만으로 재사용이 가능하며, 재사용되어도 초기의 우수한 색변환 시인성 및 우수한 감응성을 유지할 수 있는 색변환 1차원 광결정 구조체를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a color conversion one-dimensional photonic crystal structure that can be reused through a simple process and can maintain excellent initial color conversion visibility and excellent sensitivity even when reused.

본 발명의 일 구현예로는 알데히드계 물질을 감지가 가능할 뿐 아리나, 이를 제거할 수 있는 색변환 1차원 광결정 구조체 및 이를 포함하는 알데히드 감지센서를 제공하고자 하는 것이다.One embodiment of the present invention seeks to provide a color conversion one-dimensional photonic crystal structure that can not only detect aldehyde-based substances but also remove them, and an aldehyde detection sensor including the same.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 함유한 티타늄-복합체를 포함하여 형성된 고굴절층 및 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 반복단위를 함유한 감응성 공중합체를 포함하여 형성된 저굴절 감응층을 포함하고, 상기 고굴절층 및 저굴절 감응층이 교대로 적층된 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure is a high refractive index layer formed including a titanium-composite containing repeating units represented by the following formulas 1 to 3, and repeating represented by the formulas 3 and 4 below It may include a low refractive index sensitive layer formed including a sensitive copolymer containing a unit, and the high refractive index layer and the low refractive index sensitive layer may be alternately laminated.

[화학식 1][Formula 1]

[화학식 2][Formula 2]

[화학식 3][Formula 3]

[화학식 4][Formula 4]

(상기 화학식 1 내지 4에서, R1, R2, R4 및 R7은 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며, A1, A2 및 A4는 서로 독립적으로 단일결합 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며, R3은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, A3는 *-O-* 또는 *-NH-*이며, R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.)(In Formulas 1 to 4, R 1 , R 2 , R 4 and R 7 are independently hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, is a titanium oxide network structure, A 1 , A 2 and A 4 are independently a single bond or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkylene, and R 3 is hydrogen or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, A 3 is *-O-* or *-NH-*, R 5 and R 6 are independently straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, and n and m are independently of each other It is an integer from 0 to 4.)

본 발명의 일 구현예로서, 상기 화학식 1 내지 4에서, R1, R2, R4 및 R7은 서로 독립적으로 수소, 메틸 또는 에틸이고, 는 ()n을 포함하는 산화티타늄 망상구조이며, A1 및 A2는 서로 독립적으로 단일결합, 메틸렌 또는 에틸렌이며, R3은 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이며, A3은 *-O-*이며, A4는 직쇄 C1-C4알킬렌이며, R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이며, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수일 수 있다.As an embodiment of the present invention, in Formulas 1 to 4, R 1 , R 2 , R 4 and R 7 are independently hydrogen, methyl or ethyl, Is ( ) It is a titanium oxide network structure containing n , A 1 and A 2 are independently a single bond, methylene or ethylene, R 3 is a straight or branched chain C 1 -C 4 alkyl, and A 3 is *-O- *, A 4 is straight chain C 1 -C 4 alkylene, R 5 and R 6 are independently straight chain or branched chain C 1 -C 4 alkyl, and n and m are independently integers from 0 to 2. there is.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 총 반복단위에 대해서, 화학식 1로 표시되는 반복단위를 1 내지 50 mol%로 함유하는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the titanium-complex may contain 1 to 50 mol% of the repeating unit represented by Formula 1, based on the total repeating units.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 감응성 공중합체는 화학식 4로 표시되는 반복단위를 50 내지 99 mol%로 함유하는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the sensitive copolymer may contain 50 to 99 mol% of the repeating unit represented by Formula 4.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 하기 화학식 5로 표시되고, 상기 감응성 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the titanium-composite may be represented by the following formula (5), and the sensitive copolymer may be represented by the following formula (6).

[화학식 5][Formula 5]

[화학식 6][Formula 6]

(상기 화학식 5에서, a, b 및 c는 a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤0.05 및 0.8≤c≤0.9를 만족하는 유리수이고, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며, 상기 화학식 6에서, d 및 e는 d+e=1, 0.9≤d≤0.99 및 0.01≤e≤0.1을 만족하는 유리수이다.)(In Formula 5, a, b and c are rational numbers satisfying a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤0.05 and 0.8≤c≤0.9, is a titanium oxide network structure, and in Formula 6, d and e are rational numbers satisfying d+e=1, 0.9≤d≤0.99, and 0.01≤e≤0.1.)

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 총 질량에 대해서, 산화티타늄 망상구조(network structure)를 50 내지 80 중량%로 포함하는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the titanium-composite may include 50 to 80% by weight of a titanium oxide network structure based on the total mass.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 20 층 이하로 교차하여 적층된 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color-converting one-dimensional photonic crystal structure may be a stack of 20 or less layers of high-refractive-index layers and low-refractive-responsive layers.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층은 파장 633 ㎚ 가시광선의 굴절률이 1.5 내지 3.0이고, 감응층과 굴절률 차이가 0.07 이상일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the high refractive index layer may have a refractive index of 1.5 to 3.0 for visible light with a wavelength of 633 nm, and a refractive index difference from the sensitive layer may be 0.07 or more.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층의 두께는 20 내지 70 ㎚일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the thickness of the high refractive index layer may be 20 to 70 nm.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 저굴절 감응층의 두께는 1 내지 200 ㎚일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the thickness of the low refractive index response layer may be 1 to 200 nm.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 spectrometer로 측정한 최대 반사율이 10 % 이상일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may have a maximum reflectance of 10% or more as measured by a spectrometer.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도가 증가하면 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위가 증가하고, 알데히드계 물질에 노출 시, 상대습도 증가에 따른 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위의 증가율이 감소하는 것이 특징일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure increases the wavelength range of light with maximum reflectance as relative humidity increases, and when exposed to an aldehyde-based material, light with maximum reflectance as relative humidity increases. It may be characterized by a decrease in the growth rate of the wavelength range.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도 30 % 이상에서 색변화가 나타나는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may exhibit a color change at a relative humidity of 30% or more.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 환원반응을 포함하여, 재사용이 가능한 것이 특징일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may be characterized in that it includes a reduction reaction and can be reused.

본 발명의 일 구현예로는 상기 색변환 1차원 광결정 구조체를 포함하는 알데히드 감지센서를 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention can provide an aldehyde detection sensor including the color conversion one-dimensional photonic crystal structure.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 알데히드 감지센서는 포름알데히드 1 ppm 이상, 아세트알데히드 50 ppm 이상 또는 이들의 혼합물을 포함하는 감지 대상물을 감지하는 것일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the aldehyde detection sensor may detect a sensing object containing more than 1 ppm of formaldehyde, more than 50 ppm of acetaldehyde, or a mixture thereof.

본 발명의 일 구현예로는 하기 화학식 7 내지 9로 표시되는 반복단위를 함유하는 티타늄-복합체를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계, 하기 화학식 9 및 화학식 10으로 표시되는 반복단위를 함유하는 감응성 공중합체를 포함하는 제2 조성물을 제조하는 단계 및 상기 제1 조성물 및 제2 조성물로부터 서로 교차하여 고굴절층 및 저굴절 감응층을 형성하는 단계를 포함하는 색변환 1차원 광결정 구조체 제조방법을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention includes preparing a first composition comprising a titanium-complex containing repeating units represented by the following formulas 7 to 9, and a sensitive composition containing the repeating units represented by the following formulas 9 and 10. To provide a method for producing a color conversion one-dimensional photonic crystal structure comprising the steps of preparing a second composition containing a copolymer and forming a high refractive index layer and a low refractive index response layer by crossing the first composition and the second composition. You can.

[화학식 7][Formula 7]

[화학식 8][Formula 8]

[화학식 9][Formula 9]

[화학식 10][Formula 10]

(상기 화학식 7 내지 10에서, R8, R9, R11 및 R14는 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며, A5, A6 및 A8은 서로 독립적으로 단일결합 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며, R10은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, A7은 *-O-* 또는 *-NH-*이며, R12 및 R13은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.(In Formulas 7 to 10, R 8 , R 9 , R 11 and R 14 are independently hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, is a titanium oxide network structure, A 5 , A 6 and A 8 are independently a single bond or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkylene, and R 10 is hydrogen or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, A 7 is *-O-* or *-NH-*, R 12 and R 13 are independently straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, and n and m are independently of each other It is an integer from 0 to 4.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층은 제1 조성물을 코팅, 건조 및 광경화하여 형성되는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the high refractive index layer may be formed by coating, drying, and photocuring the first composition.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층과 저굴절 감응층의 굴절률 차이가 적어도 0.07 이상을 가짐으로써, Spectrometer(Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES)로 측정한 반사율이 10 % 이상, 좋게는 30 % 이상, 더욱 좋게는 60 % 이상 또는 70 % 이상의 현저히 우수한 색변환 시인성을 가질 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has a refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index response layer of at least 0.07, so that the reflectance measured with a spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES) It can have significantly excellent color conversion visibility of 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 60% or more, or 70% or more.

본 발명의 일 구예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도가 30 % 이상 또는 40 % 이상의 다양한 상대습도를 가진 환경에서도 육안관찰 가능한 다양한 반사색상을 보일 수 있다.As an example of the present invention, the color-converting one-dimensional photonic crystal structure can display various reflection colors that can be observed with the naked eye even in an environment with a relative humidity of 30% or more or 40% or more.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 미량의 포름알데히드 또는 아세트알데히드에 20 분간만 노출되어도 육안관찰이 가능한 급격한 색변환이 나타날 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure can exhibit a rapid color change that can be observed with the naked eye even when exposed to a trace amount of formaldehyde or acetaldehyde for just 20 minutes.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 1차원 광결정 구조체는 공기 중의 알데히드를 제거 가능함으로써, 알데히드계 물질로 인한 호흡기, 피부병 및 호르몬 교란 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.As an embodiment of the present invention, the one-dimensional photonic crystal structure can remove aldehydes in the air, thereby fundamentally preventing problems such as respiratory problems, skin diseases, and hormonal disturbances caused by aldehyde-based substances.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 1차원 광결정 구조체는 간단한 공정으로 재사용하여도, 초기의 광학적 물성 및 화학적 물성을 유지할 수 있음으로써, 우수한 친환경성 및 우수한 경제성을 가질 수 있다.As an embodiment of the present invention, the one-dimensional photonic crystal structure can maintain its initial optical and chemical properties even when reused through a simple process, and thus has excellent environmental friendliness and excellent economic efficiency.

따라서 상기 습도감응형 1차원 광결정 구조체의 우수한 반응성, 특히 포름알데히드 및 아세트알데히드와 높은 반응성을 가지므로, 이를 포함하여 현저히 높은 시인성을 가지는 포름알데히드 및 아세트알데히드 감지센서로 보다 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, since the humidity-sensitive one-dimensional photonic crystal structure has excellent reactivity, especially high reactivity with formaldehyde and acetaldehyde, it can be more usefully used as a formaldehyde and acetaldehyde detection sensor with significantly high visibility.

도 1은 실시예 1의 색변환 1차원 광결정 구조체가 포름알데히드에 노출되지 않았을 때, 그리고 포름알데히드에 각각 1 ppm 및 50 ppm 농도로 20분간 노출되었을 때, 상대습도 변화에 따른 색변화를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1의 색변환 1차원 광결정 구조체가 포름알데히드에 노출되지 않았을 때, 그리고 포름알데히드에 각각 1 ppm 및 50 ppm 농도로 20분간 노출되었을 때, 상대습도 변화에 따른 200 내지 900 nm 파장범위에서의 반사율 변화를 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 1의 1차원 광결정 구조체가 아세트알데히드에 노출되지 않았을 때, 그리고 아세트알데히드에 각각 50 ppm 및 100 ppm 농도로 20분간 노출되었을 때, 상대습도 변화에 따른 색변화를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1의 색변환 1차원 광결정 구조체가 아세트알데히드에 노출되지 않았을 때, 그리고 아세트알데히드에 각각 50 ppm 및 100 ppm 농도로 20분간 노출되었을 때, 상대습도 변화에 따른 200 내지 900 nm 파장범위에서의 반사율 변화를 측정한 결과이다.
도 5는 실시예 1의 1차원 광결정 구조체가 포름알데히드 또는 아세트알데히드에 노출되어 습도감응 색변환 특성을 상실한 후, 1몰농도 염산수용액에 침지하면 다시 상대습도 변화에 따른 색변화가 발생하는 센서로 재활용될 수 있음을 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1의 색변환 1차원 광결정 구조체를 포름알데히드, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, 아세톤, 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸아세테이트, 다이에틸에터, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 그리고 메탄올에 각각에 20분간 침지하고 건조한 후, 상대습도 70 % 환경에서 200 내지 800 ㎚ 파장범위에서 반사율을 측정한 것이다.
Figure 1 shows the color change according to relative humidity when the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 was not exposed to formaldehyde and when exposed to formaldehyde at concentrations of 1 ppm and 50 ppm for 20 minutes, respectively. .
Figure 2 shows the wavelength of 200 to 900 nm according to the change in relative humidity when the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 was not exposed to formaldehyde and when exposed to formaldehyde at concentrations of 1 ppm and 50 ppm, respectively, for 20 minutes. This is the result of measuring the change in reflectance in the range.
Figure 3 shows the color change according to relative humidity when the one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 was not exposed to acetaldehyde and when exposed to acetaldehyde at concentrations of 50 ppm and 100 ppm for 20 minutes, respectively.
Figure 4 shows the wavelength of 200 to 900 nm according to the change in relative humidity when the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 was not exposed to acetaldehyde and when exposed to acetaldehyde at concentrations of 50 ppm and 100 ppm, respectively, for 20 minutes. This is the result of measuring the change in reflectance in the range.
Figure 5 shows a sensor in which the one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 loses its humidity-responsive color conversion characteristics due to exposure to formaldehyde or acetaldehyde, and then changes color again according to the change in relative humidity when immersed in a 1 molar aqueous solution of hydrochloric acid. This shows that it can be recycled.
Figure 6 shows the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of Example 1 in formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde, acetone, dichloromethane, chloroform, ethyl acetate, diethyl ether, benzene, toluene, xylene, and methanol. After each was immersed for 20 minutes and dried, the reflectance was measured in the wavelength range of 200 to 800 nm in an environment with a relative humidity of 70%.

이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 1차원 광결정 구조체 및 이를 포함하는 알데히드 감지센서에 대해서, 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, a one-dimensional photonic crystal structure according to the present invention and an aldehyde detection sensor including the same will be described through examples. However, the following examples are only for reference to explain the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe particular embodiments and is not intended to limit the invention.

또한, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 효과 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 이하 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.In addition, in the following description, descriptions of known effects and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted. In the following specification, units used without special mention are based on weight, and as an example, units of % or ratio mean weight % or weight ratio.

또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도될 수 있다.Additionally, as used herein in the specification, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 ″단일결합″은 직접연결을 의미하는 것이다.In this specification, “single bond” means direct connection.

본 명세서에서 ″C1-Cn″은 탄소수 1 내지 n을 포함하는 탄화수소를 의미하는 것이다.In this specification, ″C 1 -C n ″ refers to a hydrocarbon containing 1 to n carbon atoms.

본 명세서에서 ″단일결합″은 직접연결을 의미하는 것일 수 있다. In this specification, “single bond” may mean direct connection.

종래의 알데히드 검출 센서는 높은 가격 및 매우 큰 장비 볼륨을 가지고, 사용자의 높은 전문성이 요구되므로, 낮은 상용성을 가지는 문제점이 있었다. 이를 해결하고자, 본 발명자들은 새로운 1차원 광결정 구조체를 포함하여 우수한 공정성, 낮은 볼륨 및 습도와 알데히드계 물질의 우수한 반응성을 가져, 적어도 상대습도 30 %에서, 미량의 알데히드계 물질을 감지하여, 이를 우수한 색변환 시인성으로 사용자가 인식할 수 있는 알데히드 감지센서를 제공하고자 하였다.Conventional aldehyde detection sensors have the problem of low compatibility because they have high prices, very large equipment volumes, and require high expertise from users. To solve this problem, the present inventors have developed a new one-dimensional photonic crystal structure that has excellent processability, low volume and excellent reactivity of aldehyde-based materials with humidity, and detects trace amounts of aldehyde-based materials at least at a relative humidity of 30%, thereby producing excellent We attempted to provide an aldehyde detection sensor that can be recognized by users through color conversion visibility.

이하, 본 발명의 색변환 1차원 광결정 구조체를 설명한다.Hereinafter, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of the present invention will be described.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 함유한 티타늄-복합체를 포함하여 형성된 고굴절층 및 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 반복단위를 함유한 감응성 공중합체를 포함하여 형성된 저굴절 감응층을 포함하고, 상기 고굴절층 및 저굴절 감응층이 교대로 적층된 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure is a high refractive index layer formed including a titanium-composite containing repeating units represented by the following formulas 1 to 3, and repeating represented by the formulas 3 and 4 below It may include a low refractive index sensitive layer formed including a sensitive copolymer containing a unit, and the high refractive index layer and the low refractive index sensitive layer may be alternately laminated.

[화학식 1][Formula 1]

[화학식 2][Formula 2]

[화학식 3][Formula 3]

[화학식 4][Formula 4]

(상기 화학식 1 내지 4에서, R1, R2, R4 및 R7은 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며, A1, A2 및 A4는 서로 독립적으로 단일결합 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며, R3은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, A3은 *-O-* 또는 *-NH-*이며, R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.) (In Formulas 1 to 4, R 1 , R 2 , R 4 and R 7 are independently hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, is a titanium oxide network structure, A 1 , A 2 and A 4 are independently a single bond or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkylene, and R 3 is hydrogen or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, A 3 is *-O-* or *-NH-*, R 5 and R 6 are independently straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, and n and m are independently of each other It is an integer from 0 to 4.)

상기 티타늄-복합체는 산화티타늄 망상구조를 함유하는 유무기 하이드리드 소재로서, 종래의 고분자 수지가 가지는 굴절률의 한계를 해결하여, 적은 적층 수만으로도 우수한 색변환 시인성을 가질 수 있다.The titanium-composite is an organic-inorganic hydride material containing a titanium oxide network structure, which solves the limitation of refractive index of conventional polymer resins and can have excellent color conversion visibility even with a small number of layers.

보다 상세하게, 상기 티타늄-복합체는 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하여, 높은 굴절률 및 우수한 유연성을 동시에 가질 수 있고, 또한 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 함유하여, 개시제 및 가교제 없이도 자외선 영역의 광원을 조사하여도 가교가 가능할 수 있다.More specifically, the titanium-composite contains a repeating unit represented by Formula 1, so that it can simultaneously have a high refractive index and excellent flexibility, and also contains a repeating unit represented by Formula 3, so that it can be used in the ultraviolet region without an initiator or crosslinker. Crosslinking may also be possible by irradiating a light source.

또한 상기 티타늄-복합체는 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하여, 화학식 1 및 화학식 3의 반복단위를 함유하는 공중합체보다 더욱 우수한 유연성 및 우수한 굴절률을 가질 수 있어 선호될 수 있다.In addition, the titanium-composite may be preferred because it includes a repeating unit represented by Formula 2 and can have better flexibility and a superior refractive index than copolymers containing repeating units of Formula 1 and Formula 3.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 화학식 1 내지 3에서, R1, R2 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸 또는 에틸이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로 단일결합, 메틸렌 또는 에틸렌이고, R3은 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이고, A3은 *-O-*이고, R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이고, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, 는 ()n으로 표시되는 산화티타늄 망상구조일 수 있다.As an embodiment of the present invention, in Formulas 1 to 3, R 1 , R 2 and R 4 are independently hydrogen, methyl or ethyl, and A 1 and A 2 are independently a single bond, methylene or ethylene. , R 3 is straight chain or branched C 1 -C 4 alkyl, A 3 is *-O-*, R 5 and R 6 are independently straight chain or branched C 1 -C 4 alkyl, n and m are independently integers from 0 to 2, Is ( ) It may be a titanium oxide network structure represented by n .

상기 티타늄-복합체는 ()n으로 표시되는 산화티타늄 망상구조를 함유함으로써, 종래의 고굴절로 개질된 고분자보다 높은 굴절률을 가질 수 있을 뿐 아니라, 제조과정에서 첨가되는 티타늄 무기화합물의 함량에 따라서, 상기 n의 조절하여, 굴절률 조절도 용이할 수 있다. 이로써, 상기 고굴절층을 포함하는 색변환 1차원 광결정 구조체가 최적의 반사율을 가지는 가시광선의 파장역역의 조절이 용이한 장점을 가질 수 있다. The titanium-composite is ( ) By containing the titanium oxide network structure represented by n , not only can it have a higher refractive index than the conventional high refractive index modified polymer, but also by adjusting the n according to the content of the titanium inorganic compound added during the manufacturing process, the refractive index Adjustment may also be easy. As a result, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure including the high refractive index layer can have the advantage of being able to easily control the wavelength range of visible light with optimal reflectance.

또 다른 일예로서, 상기 로 표시될 수 있으며, 상기 구조에서, 은 동일한 구조가 연속적으로 연결된 것을 의미하는 것일 있다. As another example, the above Is It can be expressed as, and in the above structure, may mean that the same structure is connected continuously.

또 다른 일 구현예로서, 상기 화학식 1 내지 3에서, R1은 메틸 또는 에틸이고, R2 및 R4는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로 단일결합 또는 메틸렌이고, R3은 이소부틸이고, R5 및 R6은 서로 독립적으로 메틸 또는 에틸이고, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, A3은 상기와 동일하게 *-O-*일 수 있으나, 제조되는 색변환 1차원 광결정 구조체의 물성을 저해하는 것이 아니라면, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.As another embodiment, in Formulas 1 to 3, R 1 is methyl or ethyl, R 2 and R 4 are independently hydrogen or methyl, and A 1 and A 2 are independently a single bond or methylene. , R 3 is isobutyl, R 5 and R 6 are independently methyl or ethyl, n and m are independently integers from 0 to 1, and A3 may be *-O-* in the same manner as above. , this is not necessarily limited as long as it does not impair the physical properties of the color conversion one-dimensional photonic crystal structure being manufactured.

일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 총 반복단위에 대해서, 화학식 1로 표시되는 반복단위를 1 내지 50 mol%로 함유하는 것일 수 있다. 또 다른 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 1 내지 40 mol% 또는 1 내지 30 mol%로 함유하는 것일 수 있다.As one embodiment, the titanium-complex may contain 1 to 50 mol% of the repeating unit represented by Formula 1, based on the total repeating units. As another embodiment, the titanium-composite may contain 1 to 40 mol% or 1 to 30 mol% of the repeating unit represented by Formula 1.

상기 범위의 몰 함량을 만족하는 티타늄-복합체는 고분자 구조가 가지는 우수한 유연성을 유지하며, 높은 굴절률을 가질 수 있어 선호될 수 있으나, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.A titanium-composite that satisfies the molar content in the above range may be preferred because it can maintain the excellent flexibility of the polymer structure and have a high refractive index, but this is not necessarily limited.

일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있다. As one embodiment, the titanium-composite may be represented by the following formula (5).

[화학식 5][Formula 5]

(상기 화학식 5에서, a, b 및 c는 a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤0.05 및 0.8≤c≤0.9를 만족하는 유리수이고, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이다.)(In Formula 5, a, b and c are rational numbers satisfying a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤0.05 and 0.8≤c≤0.9, is a titanium oxide network structure.)

상기 티타늄-복합체는 제조되는 색변환 1차원 광결정 구조체의 물성을 저해하는 것이 아니라면 특별히 제한하지 않으나, 보다 우수한 인체 무해성, 우수한 습윤 안정성 및 우수한 접착성 등을 가질 수 있는 측면에서, 상기 화학식 5로 표시되는 것이 더욱 선호될 수 있다. The titanium-composite is not particularly limited as long as it does not impair the physical properties of the color-changing one-dimensional photonic crystal structure to be manufactured, but in terms of being able to have better harmlessness to the human body, excellent wet stability, and excellent adhesiveness, the formula 5 Being displayed may be more preferable.

또 다른 일 구현예로서, 상기 화학식 5에서, a, b 및 c는 a+b+c=1, 0.08≤a≤0.12, 0.02≤b≤0.03 및 0.85≤c≤0.9를 만족하는 유리수일 수 있으며, 이를 만족하는 티타늄-복합체는 더욱 높은 굴절률 및 우수한 코팅 공정성을 가질 수 있어 선호될 수 있으나, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.As another embodiment, in Formula 5, a, b, and c may be rational numbers satisfying a+b+c=1, 0.08≤a≤0.12, 0.02≤b≤0.03, and 0.85≤c≤0.9, , a titanium-composite that satisfies this may have a higher refractive index and excellent coating processability and may be preferred, but this is not necessarily limited.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 총 질량에 대해서, 산화티타늄 망상구조(network structure)를 50 내지 80 중량%로 포함하는 것일 수 있으며, 또 다른 일 구현예로는 55 내지 80 중량%, 60 내지 80 중량%, 65 내지 75 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the titanium-composite may contain 50 to 80% by weight of titanium oxide network structure, based on the total mass, and in another embodiment, 55 to 80% by weight. %, 60 to 80% by weight, and 65 to 75% by weight.

상기 범위의 함량으로 산화티타늄 망상구조를 함유한 티타늄-복합체는 산화티타늄 망상구조와 공중합체 구조가 우수한 분산성을 보이며 고굴절층을 형성하여, 적어도 1.5 이상의 굴절률을 가질 수 있어 선호될 수 있다.A titanium-composite containing a titanium oxide network structure in an amount within the above range may be preferred because the titanium oxide network structure and the copolymer structure show excellent dispersibility and form a high refractive index layer, and may have a refractive index of at least 1.5 or more.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 감응성 공중합체는 상술한 바와 같이, 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 반복단위를 함유하는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the sensitive copolymer may contain repeating units represented by the following formulas 3 and 4, as described above.

[화학식 3][Formula 3]

(상기 화학식 3은 상술한 바와 동일하다.)(Formula 3 is the same as described above.)

[화학식 4] [Formula 4]

(상기 화학식 4에서, R7은 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이고, A4는 서로 독립적으로 단일결합 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이다.)(In Formula 4, R 7 is independently hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, and A 4 is independently a single bond or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkylene.)

상기 감응성 공중합체는 극성물질에 대한, 우수한 감응성을 가지므로, 이를 포함하는 1차원 광결정 구조체는 낮은 상대습도 및 미량의 알데히드를 감지할 수 있을 뿐 아니라, 상기 고굴절층과의 높은 굴절률 차이로 우수한 색변화 시인성을 가질 수 있다.Since the sensitive copolymer has excellent sensitivity to polar substances, a one-dimensional photonic crystal structure containing it not only can detect low relative humidity and trace amounts of aldehyde, but also has excellent color due to a high refractive index difference with the high refractive index layer. Changes can be visible.

상기 극성물질은 통상의 기술자가 인식 가능한 것일 수 있으며, 일예로서 수증기, 알코올계, 알데히드계 물질, 카르복실산계 물질 또는 지환족 알데히드계 물질 등일 수 있으며, 본 개시에서는 수증기 및 알데히드계 물질에 대한 감응성/반응성을 실시하고자 한다.The polar material may be recognizable to those skilled in the art, and may be, for example, water vapor, alcohol-based material, aldehyde-based material, carboxylic acid-based material, or alicyclic aldehyde-based material. In the present disclosure, it is sensitive to water vapor and aldehyde-based material. /I want to implement reactivity.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 화학식 4에서, R7은 수소, 메틸 또는 에틸일 수 있으며, A4는 직쇄 C1-C4알킬렌일 수 있다. 또 다른 일 구현예로서, 상기 화학식 3에서, R7은 메틸 또는 에틸이고, A4는 에틸렌 또는 n-부틸렌일 수 있다.As an embodiment of the present invention, in Formula 4, R 7 may be hydrogen, methyl, or ethyl, and A 4 may be straight-chain C 1 -C 4 alkylene. As another embodiment, in Formula 3, R 7 may be methyl or ethyl, and A 4 may be ethylene or n-butylene.

상기의 구조를 만족하는 감응성 공중합체는 더욱 우수한 상대습도 감응성을 가져, 미량의 알데히드계 물질에도 우수한 색변환 시인성을 가질 수 있고, 상기 고굴절층과 우수한 접착성을 가질 수 있는 측면에서 선호될 수 있으나, 이를 포함하는 색변환 1차원 광결정 구조체의 물성을 저해하는 것이 아니라면, 이를 제한하는 것은 아니다.A sensitive copolymer that satisfies the above structure may be preferred in that it has better relative humidity sensitivity, can have excellent color conversion visibility even with trace amounts of aldehyde-based substances, and can have excellent adhesion to the high refractive index layer. , as long as it does not impair the physical properties of the color conversion one-dimensional photonic crystal structure containing it, this is not limited.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 감응성 공중합체는 총 반복단위에 대해서, 화학식 4로 표시되는 반복단위를 50 내지 99 mol%로 함유하는 것일 수 있으며, 또 다른 일 구현예로는 60 mol% 이상, 70 mol% 이상, 80 mol% 이상 또는 90 mol% 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensitive copolymer may contain 50 to 99 mol% of the repeating unit represented by Formula 4, based on the total repeating units, and in another embodiment, 60 mol% or more. , it may be 70 mol% or more, 80 mol% or more, or 90 mol% or more.

상기 몰 함량을 만족하는 감응성 공중합체는 높은 가교도로 인한 우수한 물성을 유지하고, 동시에 현저히 우수한 습도에 대한 감응성 및 알데히드계 물질에 대한 감응성을 가질 수 있어 선호될 수 있으나, 반드시 이를 제한하지 않는다.A sensitive copolymer satisfying the above molar content may be preferred because it can maintain excellent physical properties due to a high degree of cross-linking and at the same time have significantly excellent sensitivity to humidity and sensitivity to aldehyde-based substances, but this is not necessarily limited.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 특별히 한정하는 것은 아니나, 수평균분자량이 100,000 내지 2,000,000 g/mol일 수 있으며, 500,000 내지 2,000,000 g/mol 또는 1,000,000 내지 2,000,000 g/mol일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the titanium-complex is not particularly limited, but may have a number average molecular weight of 100,000 to 2,000,000 g/mol, 500,000 to 2,000,000 g/mol, or 1,000,000 to 2,000,000 g/mol.

상기 수평균분자량 측정방법은 시료를 리튬브로마이드를 포함한 디메틸포름아미드를 이동상 용매로하고, 굴절률 변화 검출기를 포함한 겔투과크로마토그래피(GPC) 장비(Agilent Technologies 사)를 사용하여, 40 ℃에서 이동상 용매 흐름속도 1.0 mL/min의 조건으로 측정한 것일 수 있다. The number average molecular weight measurement method uses dimethylformamide containing lithium bromide as a mobile phase solvent for the sample, uses gel permeation chromatography (GPC) equipment (Agilent Technologies) including a refractive index change detector, and flows the mobile phase solvent at 40°C. It may be measured under the condition of a speed of 1.0 mL/min.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 감응성 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the sensitive copolymer may be represented by the following formula (6).

[화학식 6][Formula 6]

(상기 화학식 6에서, d 및 e는 d+e=1, 0.9≤d≤0.99 및 0.01≤e≤0.1을 만족하는 유리수이다.) (In Formula 6, d and e are rational numbers that satisfy d+e=1, 0.9≤d≤0.99, and 0.01≤e≤0.1.)

본 발명의 일 구현예로서, 상기 감응성 공중합체는 특별히 한정하는 것은 아니나, 수평균분자량이 100,000 내지 2,000,000 g/mol일 수 있으며, 500,000 내지 2,000,000 g/mol 또는 1,000,000 내지 2,000,000 g/mol일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensitive copolymer is not particularly limited, but may have a number average molecular weight of 100,000 to 2,000,000 g/mol, 500,000 to 2,000,000 g/mol, or 1,000,000 to 2,000,000 g/mol.

상기 감응성 공중합체의 수평균분자량 측정방법은 상기 티타늄-복합체의 수평균분자량 측정방법과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. Since the method for measuring the number average molecular weight of the sensitive copolymer is the same as the method for measuring the number average molecular weight of the titanium composite, detailed description will be omitted.

본 발명의 일 구현에 따른, 상기 1차 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 교대로 적층된 구조로, 종래의 고굴절을 가지는 고분자 수지보다 높은 굴절률을 가지는 티타늄-복합체를 포함하는 고굴절층을 포함하므로, 극성물질에 대한 우수한 감응성 및 우수한 색변화 시인성을 가질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the primary photonic crystal structure has a structure in which high refractive index layers and low refractive index response layers are alternately stacked, and includes a high refractive index layer containing a titanium-composite having a higher refractive index than a conventional high refractive index polymer resin. Therefore, it can have excellent sensitivity to polar substances and excellent color change visibility.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층은 파장 633 ㎚ 가시광선의 굴절률이 1.5 내지 3.0이고, 저굴절 감응층과 굴절률 차이가 0.07 이상일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the high refractive index layer may have a refractive index of 1.5 to 3.0 for visible light with a wavelength of 633 nm, and a refractive index difference from the low refractive index layer may be 0.07 or more.

상기 고굴절층은 산화티타늄 망상구조 및 공중합체 구조가 서로 화학적 결합을 가지므로, 상기 범위의 굴절률을 가질 수 있으며, 좋게는 1.6 이상, 1.61 이상, 더욱 좋게는 1.65 이상, 최고로 좋게는 1.7 이상일 수 있다.Since the high refractive index layer has a chemical bond between the titanium oxide network structure and the copolymer structure, it may have a refractive index in the above range, preferably 1.6 or more, 1.61 or more, more preferably 1.65 or more, and most preferably 1.7 or more. .

즉, 상기 고굴절층은 현저히 높은 굴절률로 인하여, 저굴절 감응층과의 굴절률 차이가 0.07 이상, 0.10 이상, 좋게는 0.15 이상, 또는 0.20 이상일 수 있으며, 상한을 한정하는 것은 아니나, 0.30 이하일 수 있다.That is, due to the significantly higher refractive index of the high refractive index layer, the refractive index difference with the low refractive index response layer may be 0.07 or more, 0.10 or more, preferably 0.15 or more, or 0.20 or more. The upper limit is not limited, but may be 0.30 or less.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층의 두께가 20 내지 70 ㎚이고, 상기 저굴절 감응층의 두께가 1 내지 100 ㎚일 수 있다. 또 다른 일 구현예로서, 상기 고굴절층의 두께는 좋게는 230 ㎚ 이하, 200 ㎚ 이하, 180 ㎚ 이하 또는 170 ㎚ 이하, 150 ㎚ 이하 또는 145 ㎚ 이하 일 수 있으며, 더욱 좋게는 100 ㎚ 이하, 90 ㎚ 이하 또는 80 ㎚ 이하일 수 있으나, 제조되는 색변환 1차원 광결정 구조체의 물성을 저해하는 것이 아니라면, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.As an embodiment of the present invention, in the color conversion one-dimensional photonic crystal structure, the high refractive index layer may have a thickness of 20 to 70 nm, and the low refractive index response layer may have a thickness of 1 to 100 nm. As another embodiment, the thickness of the high refractive index layer may be preferably 230 nm or less, 200 nm or less, 180 nm or less, 170 nm or less, 150 nm or less, or 145 nm or less, and more preferably 100 nm or less, 90 nm or less. It may be ㎚ or less or 80 ㎚ or less, but is not necessarily limited as long as it does not impair the physical properties of the color conversion one-dimensional photonic crystal structure being manufactured.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 20 층 이하로 교차하여 적층된 것일 수 있으며, 좋게는 18 층 이하, 17 층 이하, 더욱 좋게는 15 층 이하, 14 층 이하, 13 층 이하, 최고로 좋게는 12 층 이하, 11 층 이하일 수 있으며, 또는 하한을 한정하는 것은 아니나, 적어도 6 층 이상 또는 8 층 이상일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may be laminated by alternating high refractive index layers and low refractive response layers in 20 layers or less, preferably 18 layers or less, 17 layers or less, more preferably 15 layers or less. It may be no more than 14 floors, 14 floors or less, 13 floors or less, and at best 12 floors or less, 11 floors or less, or, without limiting the lower limit, at least 6 floors or more, or 8 floors or more.

상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 적어도 1.5 이상의 굴절률을 가지는 고굴절층 및 저굴절률 감응층과 큰 굴절률 차이를 가지므로, 보다 적은 적층수로도 높은 반사율로 인한 우수한 색변화의 시인성을 가질 수 있다.Since the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has a large refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index response layer having a refractive index of at least 1.5 or more, it can have excellent color change visibility due to the high reflectance even with a smaller number of stacks.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 spectrometer(Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES)로 측정한 반사율이 10 % 이상일 수 있으며, 좋게는 30 % 이상, 40 % 이상 또는 60 % 이상, 더욱 좋게는 60 % 이상, 70 % 이상일 수 있으며, 또한 상한을 한정하는 것은 아니나, 100 % 이하 또는 100 % 미만일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may have a reflectance of 10% or more as measured by a spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES), preferably 30% or more, 40% or more, or 60% or more. % or more, more preferably 60% or more, 70% or more, and although the upper limit is not limited, it may be 100% or less or less than 100%.

종래의 색변환 1차원 광결정 구조체는 교차로 적층되는 층의 굴절률 차이를 크게 하거나, 많은 수의 적층을 하여야만, 적어도 10 % 이상의 굴절률을 가지나, 본 발명에서는 일반적인 굴절률을 가지는 고분자 수지보다도 현저히 높은 굴절률을 가지는 티타늄-복합체를 포함함으로써, 종래의 색변환 1차원 광결정 구조체와 동일하게 적층하여도 우수한 반사율을 가질 수 있다.Conventional color conversion one-dimensional photonic crystal structures have to have a refractive index of at least 10% or more by increasing the difference in refractive index of the alternately stacked layers or by stacking a large number of layers, but in the present invention, it has a refractive index that is significantly higher than that of a polymer resin with a general refractive index. By including a titanium-composite, it can have excellent reflectance even when laminated in the same way as a conventional color conversion one-dimensional photonic crystal structure.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도가 증가하면 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위가 증가하고, 알데히드계 물질에 노출 시, 상대습도 증가에 따른 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위의 증가율이 감소하는 것이 특징일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure increases the wavelength range of light with maximum reflectance as relative humidity increases, and when exposed to an aldehyde-based material, light with maximum reflectance as relative humidity increases. It may be characterized by a decrease in the growth rate of the wavelength range.

보다 상세하게, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도의 변화에 따라 사용자가 쉽게 인식 가능한 색변화를 가지는 것이 특징일 수 있으나, 미량의 알데히드계 물질에만 노출되어도 더 이상 색변화가 발생하지 않으므로, 이를 통해 알데하이드계 물질을 검출할 수 있다.More specifically, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may be characterized by a color change that can be easily recognized by the user according to changes in relative humidity, but no further color change occurs even when exposed to only a trace amount of aldehyde-based material. Through this, aldehyde-based substances can be detected.

즉, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도에 따라, 저굴절 감응층이 습도에 의한 팽윤거동이 변화하여 현저한 색변환 시인성을 가질 수 있으며, 더 나아가 알데히드계 물질과의 우수한 반응성을 가지므로, 알데히드를 제거할 수 있을 뿐 아니라, 미량의 알데히드계 물질을 감지할 수 있어, 알데히드 감지센서로 유용하게 사용할 수 있다.In other words, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure can have remarkable color conversion visibility due to the swelling behavior of the low-refraction sensitive layer changing due to humidity depending on relative humidity, and furthermore, has excellent reactivity with aldehyde-based materials, Not only can it remove aldehydes, but it can also detect trace amounts of aldehyde-based substances, making it useful as an aldehyde detection sensor.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대 습도 30 % 이상에서 색변화가 나타나는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may exhibit a color change at a relative humidity of 30% or more.

상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 습기에 대한 우수한 감응성을 가지므로, 30 % 이상의 상대습도에도, 시인 가능한 색변화를 가질 수 있다.Since the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has excellent sensitivity to moisture, it can have a visible color change even at a relative humidity of 30% or more.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 환원반응을 포함하여 재사용이 가능한 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure may be reusable including a reduction reaction.

상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상술한 바와 같이, 물(수증기)과 접촉하여, 뚜렷한 색변화를 가지며, 특히 극성을 가지는 화합물, 일예로 알데히드계 물질과 우수한 반응성을 가지므로, 짧은 시간 미량의 알데히드에 노출되는 것만으로 습도에 따른 색변화(반사되는 파장의 변화)특성이 현저히 변화하여 감지된 알데히드계 물질을 육안으로 쉽게 시인할 수 있다. 또한 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 알데히드계 물질과 반응하여도, 간단한 환원반응, 구체적으로 묽은 산에 침지만 하여, 초기의 물성으로 회복이 가능하므로, 연속적으로 사용이 가능할 수 있다.As described above, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has a distinct color change upon contact with water (steam) and has excellent reactivity with polar compounds, for example, aldehyde-based materials, so that a trace amount of aldehyde can be removed in a short period of time. Just by being exposed to humidity, the color change (change of reflected wavelength) characteristics change significantly, making it easy to see the detected aldehyde-based substances with the naked eye. In addition, even if the color conversion one-dimensional photonic crystal structure reacts with an aldehyde-based material, it can be restored to its initial physical properties through a simple reduction reaction, specifically by immersing it in dilute acid, so it can be used continuously.

본 발명의 일 구현예로는 하기 화학식 7 내지 9로 표시되는 반복단위를 함유하는 티타늄-복합체를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계, 하기 화학식 9 및 화학식 10으로 표시되는 반복단위를 함유하는 감응성 공중합체를 포함하는 제2 조성물을 제조하는 단계 및 상기 제1 조성물 및 제2 조성물로부터 서로 교차하여 고굴절층 및 저굴절 감응층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.One embodiment of the present invention includes preparing a first composition comprising a titanium-complex containing repeating units represented by the following formulas 7 to 9, and a sensitive composition containing the repeating units represented by the following formulas 9 and 10. It may include preparing a second composition containing a copolymer and forming a high refractive index layer and a low refractive index response layer by crossing the first composition and the second composition.

[화학식 7][Formula 7]

[화학식 8][Formula 8]

[화학식 9][Formula 9]

[화학식 10][Formula 10]

(상기 화학식 7 내지 10에서, R8, R9, R11 및 R14는 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며, A5, A6 및 A8은 서로 독립적으로 단일결합 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며, R10은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, A7은 *-O-* 또는 *-NH-*이며, R12 및 R13은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며, n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.)(In Formulas 7 to 10, R 8 , R 9 , R 11 and R 14 are independently hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, is a titanium oxide network structure, A 5 , A 6 and A 8 are independently a single bond or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkylene, and R 10 is hydrogen or a straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, A 7 is *-O-* or *-NH-*, R 12 and R 13 are independently straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, and n and m are independently of each other It is an integer from 0 to 4.)

상기 색변환 1차원 광결정 구조체 제조방법의 티타늄-복합체 및 감응성 공중합체는 상술한 바와 동일하므로, 상기 화학식 7 내지 10의 자세한 설명은 생략한다.Since the titanium-composite and the sensitive copolymer in the method for producing the color-converting one-dimensional photonic crystal structure are the same as described above, detailed description of Formulas 7 to 10 will be omitted.

상기 티타늄-복합체는 상기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 더 함유하여, 더욱 우수한 굴절률, 우수한 유연성 및 우수한 인체 무해성을 가질 수 있을 뿐 아니라, 제조방법에서 상기 화학식 7의 을 보다 우수한 반응성으로 형성할 수 있어 선호될 수 있으나, 제조되는 색변환 1차원 광결정 구조체의 물성을 저해하는 것이 아니라면, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.The titanium-composite further contains a repeating unit represented by Formula 8, so that it not only has a better refractive index, excellent flexibility, and excellent harmlessness to the human body, but also has the formula 7 in the manufacturing method. It may be preferred because it can be formed with better reactivity, but this is not necessarily limited as long as it does not impair the physical properties of the color conversion one-dimensional photonic crystal structure being manufactured.

일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체는 산 존재 하에, 하기 화학식 8, 화학식 9 및 하기 화학식 11로 표시되는 반복단위를 함유하는 전구공중합체 및 티타늄-옥사이드 화합물을 포함하여 제조되는 것일 수 있다.As one embodiment, the titanium-complex may be prepared in the presence of acid, including a titanium-oxide compound and a precopolymer containing repeating units represented by Formula 8, Formula 9, and Formula 11 below.

[화학식 8][Formula 8]

[화학식 9][Formula 9]

[화학식 11][Formula 11]

(상기 화학식 11에서, R15는 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬일 수 있다.)(In Formula 11, R 15 may be hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl.)

상기 화학식 11에서 R15는 상기 화학식 7에서 R8과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. Since R 15 in Formula 11 is the same as R 8 in Formula 7, detailed description is omitted.

상기 티타늄-옥사이드 화합물은 티타늄-복합체를 제조할 수 있는 것이라면, 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로 의 구조로 표시되는 것일 수 있다.The titanium-oxide compound can be used without limitation as long as it can produce a titanium-composite. For example, It may be expressed as a structure of .

상기 구조에서, R16 내지 R19는 서로 독립적으로 수소, 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬, 치환 또는 비치환 C4-C20시클로알킬 또는 치환 또는 비치환 C6-C20아릴일 수 있고, 상기 전구공중합체와 우수한 반응성을 가지는 측면에서, R16 내지 R19는 서로 독립적으로 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬일 수 있으며, 또는 서로 독립적으로 직쇄 C1-C7알킬 수 있으나, 반드시 이를 제한하지 않는다.In the above structure, R 16 to R 19 may independently be hydrogen, straight or branched chain C 1 -C 7 alkyl, substituted or unsubstituted C 4 -C 20 cycloalkyl, or substituted or unsubstituted C 6 -C 20 aryl. In terms of excellent reactivity with the precursor copolymer, R 16 to R 19 may independently be hydrogen or straight-chain or branched C 1 -C 7 alkyl, or independently of each other straight-chain C 1 -C 7 alkyl. However, this is not necessarily limited.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 티타늄-복합체 제조방법은 용매에 전구공중합체 및 티타늄-옥사이드 화합물을 용해한 용액 상태에서 반응하는 것일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the titanium-composite production method may involve reacting the precursor copolymer and the titanium-oxide compound in a solvent in a solution state.

상기 티타늄-복합체 제조방법에서 사용되는 용매는 전구공중합체를 용해 가능한 것이라면, 제한 없이 사용할 수 있으며, 비제한적인 일예로서, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 테트로하드로퓨란 및 디클로로에틸렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The solvent used in the titanium-composite production method can be used without limitation as long as it can dissolve the precursor copolymer, and non-limiting examples include methanol, ethanol, propanol, tetrohydrofuran, dichloroethylene, etc. There may be one or more than one selected.

상기 티타늄-복합체 제조방법에서 사용되는 용매는 상기 제1 조성물에 포함되는 용매와 동일 또는 상이할 수 있으며, 이는 티타늄-복합체 제조방법으로 제조된 조성물이 제1 용매로 사용할 수 있는 제1 양태와 티타늄-복합체 제조방법으로 제조된 조성물을 건조하여 수득된 티타늄-복합체를 다시 용매에 용해하여 제1 용매로 제조하는 제2 양태로 제조할 수 있다. The solvent used in the titanium-composite manufacturing method may be the same or different from the solvent included in the first composition, which is the first aspect in which the composition prepared by the titanium-composite manufacturing method can be used as the first solvent and titanium. -The titanium-composite obtained by drying the composition prepared by the composite manufacturing method can be manufactured in a second mode by dissolving it again in a solvent and preparing it with the first solvent.

상기 제1 양태는 공정이 단순하고, 제조공정설비의 볼륨을 줄일 수 있으며, 상기 제2 양태는 보다 순도가 높은 제1 조성물을 제조할 수 있는 측면에서 선호될 수 있으며, 이는 통상의 기술자가 상황에 맞게 선택할 수 있다.The first embodiment has a simple process and can reduce the volume of manufacturing process equipment, and the second embodiment can be preferred in terms of being able to produce a first composition with higher purity, which is known to those skilled in the art. You can choose according to your needs.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 전구공중합체를 (공)중합하는 방법은 용액중합 또는 유화중합 등으로 중합되는 것일 수 있으며, 이는 통상의 기술자가 인식 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.As an embodiment of the present invention, the method of (co)polymerizing the precursor copolymer may be polymerization by solution polymerization or emulsion polymerization, and since this can be recognized by those skilled in the art, detailed description is omitted.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 화학식 9 및 화학식 10으로 표시되는 반복단위를 함유한 감응성 공중합체는 상기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 감응성 공중합체와 동일하므로, 자세한 성명은 생략한다.As an embodiment of the present invention, the sensitive copolymer containing the repeating unit represented by Formula 9 and Formula 10 is the same as the sensitive copolymer represented by Formula 3 and Formula 4, and therefore detailed statements are omitted.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 제2 조성물은 감응성 공중합체를 포함하여 용매에 용해한 것일 수 있으며, 상기 용매는 감응성 공중합체를 용해가 가능한 것이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 비제한적인 일예로서, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 테트로하드로퓨란 및 디클로로에틸렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the second composition may include a sensitive copolymer dissolved in a solvent, and the solvent may be used without limitation as long as it can dissolve the sensitive copolymer. As a non-limiting example, methanol It may be any one or two or more selected from the group consisting of ethanol, propanol, tetrohydrofuran, and dichloroethylene.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 제1 조성물 및 제2 조성물의 수지 농도는 코팅이 가능한 점도를 가지면 특별히 제한하지 않으나, 0.1 내지 10 g/㎖일 수 있으며, 우수한 스핀캐스팅 공정성을 가지는 측면에서 0.1 내지 5 g/㎖ 또는 0.1 내지 1 g/㎖이 선호될 수 있다.As an embodiment of the present invention, the resin concentration of the first composition and the second composition is not particularly limited as long as it has a coating viscosity, but may be 0.1 to 10 g/ml, and in terms of excellent spin casting processability, it is 0.1 to 5 g/ml or 0.1 to 1 g/ml may be preferred.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층 및 저굴절 감응층을 형성하는 단계는 서로 교차하여 적층되어 색변환 1차원 광결정 구조체를 제조할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the steps of forming the high refractive index layer and the low refractive index response layer can be stacked in an alternating manner to produce a color conversion one-dimensional photonic crystal structure.

상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층이 서로 교차하여 적층되는 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 일예로 [고굴절층]-[저굴절 감응층]-[고굴절층]-[저굴절 감응층]로 적층된 것일 수 있으며, 또는 [저굴절 감응층]-[고굴절층]-[저굴절 감응층]-[고굴절층]으로 교차 적층된 것일 수 있다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure is not particularly limited as long as the high refractive index layer and the low refractive response layer are stacked crossing each other. For example, [high refractive index layer] - [low refractive index sensitive layer] - [high refractive index layer] - [low refractive index sensitive layer] layer] may be laminated, or may be cross-laminated as [low refractive index response layer] - [high refractive index layer] - [low refractive index response layer] - [high refractive index layer].

본 발명의 일 구현예로서, 상기 고굴절층은 제1 조성물을 코팅, 건조 및 광경화하여 형성되는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the high refractive index layer may be formed by coating, drying, and photocuring the first composition.

상기 제1 조성물 코팅방법은 당업자가 인식 가능한 방법이면, 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로 나이트 코팅, 스핀캐스팅 코팅, 침지코팅, 드롭캐스팅 및 롤 코팅 등으로 코팅할 수 있으며, 보다 매끄러운 표면과 얇은 두께의 고굴절층을 형성하는 측면에서 스핀캐스팅이 더욱 선호될 수 있다.The first composition coating method can be used without limitation as long as it is a method recognized by those skilled in the art. For example, it can be coated by night coating, spin casting coating, dip coating, drop casting, and roll coating, and can provide a smoother surface and a thinner thickness. Spin casting may be more preferred in terms of forming a high refractive index layer.

상기 고굴절층을 형성하기 위한, 건조 공정는 광경화 공정의 시간을 단축할 수 있고, 코팅된 제1 조성물이 이탈되는 것을 방지할 수 어 선호될 수 있으며, 상기 건조 온도는 일예로서 40 내지 70 ℃ 또는 40 내지 60 ℃일 수 있으나, 용매 건조가 가능하고, 포함된 티타늄-복합체의 물성이 저하되는 것이 아니라면, 특별히 제한하는 것은 아니다. The drying process for forming the high refractive index layer can be preferred because it can shorten the time of the photocuring process and prevent the coated first composition from leaving, and the drying temperature is, for example, 40 to 70 ° C. or It may be 40 to 60°C, but is not particularly limited as long as solvent drying is possible and the physical properties of the titanium-composite included are not deteriorated.

상기 제1 조성물의 광경화는 개시제 및 가교제를 더 포함될 수 있으나, 높은 굴절률 및 우수한 투명성을 가지는 측면에서, 개시제 및 가교제를 포함하지 않는 것이 선호될 수 있다. Photocuring of the first composition may further include an initiator and a cross-linking agent, but in terms of having a high refractive index and excellent transparency, it may be preferable not to include an initiator or a cross-linking agent.

상기 제1 조성물에 포함된 티타늄-복합체는 360 내지 400 ㎚의 파장을 가지는 자외/가시광 영역의 광원을 조사하여 가교되는 것일 수 있으며, 이로부터 형성된 고굴절층은 현저히 높은 굴절률을 가질 수 있다.The titanium-composite included in the first composition may be crosslinked by irradiating a light source in the ultraviolet/visible region with a wavelength of 360 to 400 nm, and the high refractive index layer formed therefrom may have a significantly high refractive index.

상기 제2 조성물로부터 저굴절 감응층을 형성하는 방법은 상기의 제1 조성물로부터 고굴절층을 형성하는 방법과 동일 또는 상일 할 수 있으며, 이는 하기 실시예에서 상세히 기술하므로, 자세한 설명은 생략한다. The method of forming the low refractive index layer from the second composition may be the same or different from the method of forming the high refractive index layer from the first composition, and this will be described in detail in the following examples, so detailed description will be omitted.

본 개시는 상기 색변환 1차원 광결정 구조체를 포함하는 알데히드 감지센서를 제공한다.The present disclosure provides an aldehyde detection sensor including the color conversion one-dimensional photonic crystal structure.

상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 특정 파장의 빛에 대해서, 우수한 반사율을 가지며, 특히 광특성의 조절이 용이하므로, 일예로서, 광결정 섬유, 발광소자, 광기전 소자, 광결정 센서 또는 반도체 레이저 식각소재 등으로 유용하게 사용될 수 있으나, 본 발명의 일 양태에서는 알데히드계 물질과의 우수한 반응성을 가지는 색변환 1차원 광결정 구조체를 포함하여 알데히드 감지센서로 유용하게 사용할 수 있다. The color conversion one-dimensional photonic crystal structure has excellent reflectivity for light of a specific wavelength and is particularly easy to control optical characteristics, so as an example, it can be used as a photonic crystal fiber, a light emitting device, a photovoltaic device, a photonic crystal sensor, or a semiconductor laser etching material. However, in one aspect of the present invention, it can be usefully used as an aldehyde detection sensor by including a color conversion one-dimensional photonic crystal structure with excellent reactivity with aldehyde-based materials.

본 개시에 따른, 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층의 높은 굴절률 차이를 가지고, 저굴절 감응층이 현저히 우수한 습도 및 극성물질에 대한 감응성을 가져, 알데히드계 물질을 감지하여 우수한 색변환 시인성을 가지고, 더 나아가 알데히드계 물질을 제거할 수 있는 것을 발견하였고, 이를 알데히드 감지센서에 적용하여 본 발명을 완성하였다. According to the present disclosure, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has a high refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer, and the low refractive index layer has significantly excellent sensitivity to humidity and polar substances, and has excellent sensitivity by detecting aldehyde-based substances. It was discovered that it has color conversion visibility and can further remove aldehyde-based substances, and the present invention was completed by applying this to an aldehyde detection sensor.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 알데히드 감지센서는 1 ppm 이상의 포름알데히드 및 50 ppm 이상의 아세트알데히드를 함유하는 감지 대상물을 감지하는 것일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the aldehyde detection sensor may detect a detection object containing more than 1 ppm of formaldehyde and more than 50 ppm of acetaldehyde.

상기 알데히드 감지센서는 알데히드계 화합물과 우수한 반응성 및 습도에 따른 현저한 색변화를 보이므로, 최소 1 ppm 이상의 포름알데히드, 50 ppm 이상의 아세트알데히드 또는 이들의 혼합물 포함된 감지 대상물을 감지할 수 있는 우수한 감지성을 가질 수 있다.The aldehyde detection sensor shows excellent reactivity with aldehyde compounds and a significant color change depending on humidity, so it has excellent detection ability to detect detection objects containing at least 1 ppm or more formaldehyde, 50 ppm or more acetaldehyde, or mixtures thereof. You can have

상기 알데히드 감지센서는 상술한 바와 같이, 간단한 환원공정만으로 재사용이 가능하고, 알데히드계 물질을 감지할 수 있을 뿐 아니라, 제거가 가능하므로, 알데히드계 물질로 인한 여러 문제를 원천적으로 해결할 수 있다.As described above, the aldehyde detection sensor can be reused only through a simple reduction process, and can not only detect aldehyde-based substances but also remove them, thereby fundamentally solving various problems caused by aldehyde-based substances.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 알데히드 감지센서는 반도체 소자, 케이스, 흡입기 및 경고 스피커 등의 여러 부속적인 부품을 포함할 수 있으며, 이는 당업자가 인식 가능한 것이라면, 제한 없이 사용할 수 있다. As an embodiment of the present invention, the aldehyde detection sensor may include various accessory parts such as a semiconductor device, case, inhaler, and warning speaker, and these may be used without limitation as long as they are recognizable to those skilled in the art.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, these are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe particular embodiments and is not intended to limit the invention.

[측정방법][measurement method]

1. 굴절률 측정1. Refractive index measurement

ISO 489에 의거하여 측정하였으며, 하기에 제조된 고굴절층 및 감응층을 Spectroscopic ellipsometer (HORIBA Scientific, UVISEL)를 이용하여 두께 및 굴절률을 측정하였다.Measurements were made according to ISO 489, and the thickness and refractive index of the high refractive layer and the sensitive layer prepared below were measured using a spectroscopic ellipsometer (HORIBA Scientific, UVISEL).

2. 산화티타늄 망상구조 함량 측정2. Measurement of titanium oxide network structure content

열중량 분석기(TA Instruments, Q2000)를 사용하여, 하기 실시예 및 제조예에서 제조된 고굴절층에 포함된 산화티타늄 망상구조의 중량%를 구하였다.Using a thermogravimetric analyzer (TA Instruments, Q2000), the weight percent of the titanium oxide network structure contained in the high refractive index layer prepared in the following Examples and Preparation Examples was determined.

3. 반사율 측정3. Reflectance measurements

Spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES)를 사용하여, 하기 실시예 및 제조예에서 제조된 색변환 1차원 광결정 구조체의 파장에 따른 반사율을 측정하였으며, 광원의 입사각은 0°로 유지되었다. Using a spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES), the reflectance according to the wavelength of the color-converted one-dimensional photonic crystal structure prepared in the following examples and preparation examples was measured, and the incident angle of the light source was maintained at 0°.

4. 수평균분자량 측정4. Number average molecular weight measurement

비 수용성 고분자의 수평균분자량을 분석하기 위해 두 개의 컬럼관 (Agilent PLgel 5 μm MIXED-D x 7.5 mm)과 굴절률 변화 검출기를 장착한 겔투과크로마토그래피(GPC, Agilent Technologies 1260 series)를 사용하였다. 분석을 위해 0.01몰농도의 리튬브로마이드를 포함한 디메틸포름아미드 용매를 40 ℃ 에서 1.0 mL/min 속도로 흘려주었고, 폴리메틸메타크릴레이트를 표준 시료로 하여 수평균분자량을 결정하였다.To analyze the number average molecular weight of water-insoluble polymers, a gel permeation chromatography (GPC, Agilent Technologies 1260 series) equipped with two column tubes (Agilent PLgel 5 μm MIXED-D x 7.5 mm) and a refractive index change detector was used. For analysis, dimethylformamide solvent containing 0.01 molar concentration of lithium bromide was flowed at 40°C at a rate of 1.0 mL/min, and polymethyl methacrylate was used as a standard sample to determine the number average molecular weight.

수용성 고분자의 수평균분자량을 분석하기 위해 두 개의 컬럼관 (Tosoh TSKgel G5000PWXL-CP 및 TSKgel G3000PWXL-CP)과 굴절률 변화 검출기를 장착한 GPC (Tosoh HLC-8320)를 사용하였다. 분석을 위해 pH2를 유지하는 0.1몰농도의 질산나트륨 및 30부피비의 아세토나이트릴 혼합 이동상을 40 ℃ 에서 1.0 mL/min 속도로 흘려주었고, 폴리에틸렌글리콜을 표준 시료로 하여 수평균분자량을 결정하였다.To analyze the number average molecular weight of water-soluble polymers, a GPC (Tosoh HLC-8320) equipped with two column tubes (Tosoh TSKgel G5000PWXL-CP and TSKgel G3000PWXL-CP) and a refractive index change detector was used. For analysis, a mixed mobile phase of 0.1 molar concentration of sodium nitrate and 30 volume ratio of acetonitrile maintaining pH 2 was flowed at a rate of 1.0 mL/min at 40°C, and the number average molecular weight was determined using polyethylene glycol as a standard sample.

[제조예 1][Production Example 1]

질소 환경에서, 메탄올 60 ㎖가 담긴 schlenk flask에 Dopamine acrylamide(DMA) 0.96 g, 4-Benzoylphenyl acrylate(BAP) 0.55 g, N-Isopropylacrylamide(NIPAM) 4.42 및 Azobisisobutyronitrile 0.07 g를 투입하고, 10 분간 질소가스로 버블링 하였다. 이후, schlenk flask를 70 ℃ 실리콘 오일 배스에 넣어 14 시간 동안 충분히 교반하며 중합하고, 이후 schlenk flask 안의 반응물을 상온의 디에틸에테르 500 ㎖에 천천히 적가하며 교반하였고, 생성된 침전물을 감압 필터하여 얻어냈다. 얻어낸 침전물을 디에틸에테르로 세척한 후 25 ℃ 진공오븐에서 24 시간 건조하여 백색고체 형태의 공중합체 A를 얻었다. 이후 추가 정제를 위해 제조된 공중합체 A를 60 ㎖에 재용해 하여 디에틸에테르 500 ㎖에 천천히 적가하며 교반하였고, 생성된 침전물을 감압필터하여 얻어냈고, 25 ℃ 진공오븐에서 24 시간 건조하여 백색고체 형태의 고순도 공중합체 A를 얻었다. GPC 측정 및 NMR을 측정한 결과, 수평균분자량 69,070 g/mol이며, 다분산지수 1.97로 나타났으며, 총 반복단위에 대해서, N-Isopropylacrylamide 반복단위 87 mol%, Dopamine acrylamide 반복단위 10 mol% 및 4-Benzoylphenyl acrylate 3 mol%인 것을 확인하였다.In a nitrogen environment, 0.96 g of Dopamine acrylamide (DMA), 0.55 g of 4-Benzoylphenyl acrylate (BAP), 4.42 N-Isopropylacrylamide (NIPAM), and 0.07 g of Azobisisobutyronitrile were added to a schlenk flask containing 60 ml of methanol, and incubated with nitrogen gas for 10 minutes. It was bubbling. Afterwards, the Schlenk flask was placed in a silicone oil bath at 70°C and polymerized with sufficient stirring for 14 hours. Afterwards, the reactants in the Schlenk flask were slowly added dropwise to 500 ml of diethyl ether at room temperature and stirred, and the resulting precipitate was obtained through a reduced-pressure filter. . The obtained precipitate was washed with diethyl ether and dried in a vacuum oven at 25°C for 24 hours to obtain copolymer A in the form of a white solid. Afterwards, for further purification, the prepared copolymer A was re-dissolved in 60 ml and slowly added dropwise to 500 ml of diethyl ether while stirring. The resulting precipitate was obtained by vacuum filtering and dried in a vacuum oven at 25°C for 24 hours to form a white solid. High-purity copolymer A was obtained. As a result of GPC and NMR measurements, the number average molecular weight was 69,070 g/mol and the polydispersity index was 1.97. Regarding the total repeating units, N-Isopropylacrylamide repeating units were 87 mol%, Dopamine acrylamide repeating units were 10 mol%, and It was confirmed that 4-Benzoylphenyl acrylate was 3 mol%.

[제조예 2][Production Example 2]

70 ㎖ 바이알에 티타늄 프로폭사이드 1.66 g 및 1-프로판올 8 ㎖를 투입 후 10분간 교반하여 혼합물 1을 얻었다. 이와 동시에 20 ㎖ 바이알에 상기 제조예 1의 공중합체 A 0.2 g 및 1-프로판올 8 ㎖ 넣고 10분간 초음파 분산하여 혼합물 2를 얻었다. 20 ㎖바이알에 담겨있는 상기 혼합물 2를 70 ㎖바이알에 담겨있는 상기 혼합물1이 담겨있는 70 mL 바이알에 천천히 적가하며 10분간 교반하여 혼합물3을 얻었다. 이후 혼합물3에 염산 0.02 ㎖ 투입하고 실온에서 10분 교반하여 티타늄-복합체를 포함하는 혼합용액 B를 얻었다.1.66 g of titanium propoxide and 8 ml of 1-propanol were added to a 70 ml vial and stirred for 10 minutes to obtain mixture 1. At the same time, 0.2 g of copolymer A of Preparation Example 1 and 8 ml of 1-propanol were added to a 20 ml vial and ultrasonic dispersion was performed for 10 minutes to obtain Mixture 2. The mixture 2 contained in a 20 mL vial was slowly added dropwise to the 70 mL vial containing the mixture 1 contained in a 70 mL vial and stirred for 10 minutes to obtain mixture 3. Afterwards, 0.02 ml of hydrochloric acid was added to mixture 3 and stirred at room temperature for 10 minutes to obtain mixed solution B containing titanium-complex.

[제조예 3][Production Example 3]

질소 환경에서, 디메틸설폭사이드 4 ㎖가 담긴 schlenk flask에 2-Aminoethyl metacrylate hydrochloride 0.38 g, 4-Benzoylphenyl acrylate 7 mg 및 Azobisisobutyronitrile 5 mg을 넣고 10 분간 질소가스로 버블링 하였다. 이후, schlenk flask를 70 ℃ 실리콘 오일 배스에 넣어 12 시간 동안 충분히 교반하며 중합하였고, 이후 schlenk flask 안의 반응물을 셀로판 튜브(분자량 컷오프 14,000)로 옮겨 2 L의 증류수가 담긴 비커에 넣어 상온에서 2일간 투석 하였다. 이후 3일간 동결 건조하여 백색고체 형태의 공중합체 C를 얻었다. In a nitrogen environment, 0.38 g of 2-Aminoethyl methacrylate hydrochloride, 7 mg of 4-Benzoylphenyl acrylate, and 5 mg of Azobisisobutyronitrile were added to a schlenk flask containing 4 ml of dimethyl sulfoxide and bubbled with nitrogen gas for 10 minutes. Afterwards, the schlenk flask was placed in a silicone oil bath at 70°C and polymerized with sufficient stirring for 12 hours. Afterwards, the reactants in the schlenk flask were transferred to a cellophane tube (molecular weight cutoff 14,000), placed in a beaker containing 2 L of distilled water, and dialyzed at room temperature for 2 days. did. Afterwards, it was freeze-dried for 3 days to obtain copolymer C in the form of a white solid.

제조된 공중합체 C를 GPC 측정 및 NMR을 측정한 결과, 수평균분자량=30,276 g/mol, 다분산지수가 1.86이며, proton NMR분석을 통해 공중합체의 구성비가 2-Aminoethyl metacrylate:4-Benzoylphenyl acrylate = 98:2임을 확인하였다.As a result of GPC and NMR measurements of the prepared copolymer C, number average molecular weight = 30,276 g/mol, polydispersity index was 1.86, and proton NMR analysis showed that the composition ratio of the copolymer was 2-Aminoethyl methacrylate:4-Benzoylphenyl acrylate. = 98:2 was confirmed.

이후, 0.1M NaOH 30 ㎖가 담긴 1-neck RBF에 제조예 3에서 얻은 공중합체 C 0.5 g을 넣고 2시간 동안 교반. 이후, 1-neck RBF 안의 반응물을 셀로판 튜브(분자량 컷오프 14,000)로 옮겨 2 L의 증류수가 담긴 비커에 넣어 상온에서 2일간 투석 하였다. 이후 3일간 동결건조하여 백색고체 형태의 공중합체D를 얻었다.Afterwards, 0.5 g of copolymer C obtained in Preparation Example 3 was added to 1-neck RBF containing 30 ml of 0.1M NaOH and stirred for 2 hours. Afterwards, the reactant in the 1-neck RBF was transferred to a cellophane tube (molecular weight cutoff 14,000), placed in a beaker containing 2 L of distilled water, and dialyzed for 2 days at room temperature. Afterwards, it was freeze-dried for 3 days to obtain copolymer D in the form of a white solid.

제조된 감응성 공중합체D의 합성은 FT-IR 및 proton NMR분석을 통해 확인되었고, 수평균분자량 및 다분산지수는 상기 제조예 3의 공중합체 C의 결과와 동일하였다. The synthesis of the prepared responsive copolymer D was confirmed through FT-IR and proton NMR analysis, and the number average molecular weight and polydispersity index were the same as those of copolymer C in Preparation Example 3.

[비교 제조예 1][Comparative Manufacturing Example 1]

질소 환경에서, 1,4-다이옥산 40 ㎖가 담긴 schlenk flask에 스티렌 10.00 g, 4-Benzoylphenyl acrylate 0.24 g 및 Azobisisobutyronitrile 20 mg을 넣고 10 분간 질소가스로 버블링 하였다. 이후, schlenk flask를 70 ℃ 실리콘 오일 배스에 넣어 12 시간 동안 충분히 교반하며 중합하였고, 이후 schlenk flask 안의 반응물을 상온의 n-헥산 1000 ㎖에 천천히 적가하며 교반하였고, 생성된 침전물을 감압 필터하여 얻어냈다. 얻어낸 침전물을 n-헥산으로 세척한 후 25 ℃ 진공오븐에서 24 시간 건조하여 백색고체 형태의 공중합체를 얻었다. 이후 추가 정제를 위해 제조된 공중합체 B를 60 ㎖에 재용해 하여 디에틸에테르 500 ㎖에 천천히 적가하며 교반하였고, 생성된 침전물을 감압필터하여 얻어냈고, 25 ℃ 진공오븐에서 24 시간 건조하여 백색고체 형태의 고순도 공중합체 E를 얻었다. 제조된 공중합체E를 GPC 측정 및 NMR을 측정한 결과, 수평균분자량 57,759 g/mol이며, 다분산지수 1.57로 나타났으며, 총 반복단위에 대해서, 스티렌 반복단위 97 mol% 및 4-Benzoylphenyl acrylate 3 mol%인 것을 확인하였다.In a nitrogen environment, 10.00 g of styrene, 0.24 g of 4-Benzoylphenyl acrylate, and 20 mg of Azobisisobutyronitrile were added to a schlenk flask containing 40 ml of 1,4-dioxane and bubbled with nitrogen gas for 10 minutes. Afterwards, the schlenk flask was placed in a silicone oil bath at 70°C and polymerized with sufficient stirring for 12 hours. Afterwards, the reactant in the schlenk flask was slowly added dropwise to 1000 ml of n-hexane at room temperature and stirred, and the resulting precipitate was obtained through a reduced-pressure filter. . The obtained precipitate was washed with n-hexane and dried in a vacuum oven at 25°C for 24 hours to obtain a copolymer in the form of a white solid. Afterwards, for further purification, the prepared copolymer B was re-dissolved in 60 ml and slowly added dropwise to 500 ml of diethyl ether while stirring. The resulting precipitate was obtained by filtering under reduced pressure, and dried in a vacuum oven at 25°C for 24 hours to form a white solid. High-purity copolymer E was obtained. As a result of GPC and NMR measurements of the prepared copolymer E, it was found that the number average molecular weight was 57,759 g/mol and the polydispersity index was 1.57. Regarding the total repeating units, styrene repeating units were 97 mol% and 4-Benzoylphenyl acrylate. It was confirmed that it was 3 mol%.

[실시예 1][Example 1]

1차원 광결정 구조체 제작을 위해 상기 제조예 2의 공중합체-티타늄 복합체 혼합용액 B를 고굴절층 조성물로 이용하고, 상기 제조예 4의 공중합체D를 0.02 g/mℓ 농도로 메탄올에 용해하여 저굴절 감응층 조성물로 이용하였다. To produce a one-dimensional photonic crystal structure, the copolymer-titanium complex mixed solution B of Preparation Example 2 was used as a high refractive index layer composition, and the copolymer D of Preparation Example 4 was dissolved in methanol at a concentration of 0.02 g/mℓ to achieve low refractive index sensitivity. It was used as a layer composition.

상기 제조된 고굴절 조성물을 스핀-캐스팅(6000 rpm 2/30s)으로 PET/PVC 기판상에 코팅하였다. 이후 50℃ 대류오븐에서 2분간 열 건조하고 상온에서 3분간 냉각하였으며, UVA(320~400 nm)광원의 노광기를 이용해 30초간 가교하여, 고굴절층을 형성하였다. The prepared high refractive index composition was coated on a PET/PVC substrate by spin-casting (6000 rpm 2/30s). Afterwards, it was heat-dried in a convection oven at 50°C for 2 minutes, cooled at room temperature for 3 minutes, and cross-linked for 30 seconds using an exposure machine with a UVA (320-400 nm) light source to form a high refractive index layer.

상기 제조된 고굴절층 상부에 상기 제조된 저굴절 감응층 조성물을 상기 고굴절층 제조방법과 동일하게 하여, 저굴절 감응층을 형성하였다. 이후, 동일한 방법으로 고굴절층 및 저굴절 감응층을 교차하여 형성하여, 총 11 층의 색변환 1차원 광결정 구조체를 제작하였다.A low refractive index responsive layer was formed on top of the high refractive index layer by using the low refractive index response layer composition prepared above in the same manner as the high refractive index layer manufacturing method. Thereafter, the high refractive index layer and the low refractive index response layer were alternately formed using the same method to produce a color conversion one-dimensional photonic crystal structure with a total of 11 layers.

제조된 색변환 1차원 광결정 구조체는 상기 방법으로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared was measured using the above method and is shown in Table 1 below.

[실시예 2 내지 5][Examples 2 to 5]

상기 실시예 1에서, 하기 표 1과 같이 공중합체-티타늄 복합체 내 티타늄 함량이 다른 것을 제외하고는 동일하게 색변환 1차원 광결정 구조체를 제작하였다. In Example 1, a color-converting one-dimensional photonic crystal structure was manufactured in the same manner as in Table 1 below, except that the titanium content in the copolymer-titanium composite was different.

제조된 색변환 1차원 광결정 구조체는 상기 방법으로 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared was measured using the above method and is shown in Table 2 below.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예 2에서, 메탄올에 제조예 1의 공중합체 A를 용해한 고분자 조성물로만 고굴절층을 형성하는 것을 제외하고는 동일하게 색변환 1차원 광결정 구조체를 제조하였다. In Example 2, a color conversion one-dimensional photonic crystal structure was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the high refractive index layer was formed only with a polymer composition obtained by dissolving copolymer A of Preparation Example 1 in methanol.

제조된 색변환 1차원 광결정 구조체는 상기 방법으로 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared was measured using the above method and is shown in Table 2 below.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 실시예 2에서, 비교 제조예 1에서 제조된 공중합체 E로만 고굴절층을 형성하는 것을 제외하고는 동일하게 색변환 1차원 광결정 구조체를 제조하였다. In Example 2, a color-converting one-dimensional photonic crystal structure was manufactured in the same manner as in Comparative Preparation Example 1, except that the high refractive index layer was formed only with copolymer E prepared in Comparative Preparation Example 1.

제조된 색변환 1차원 광결정 구조체는 상기 방법으로 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared was measured using the above method and is shown in Table 2 below.

고굴절층High refractive index layer 저굴절 감응층low refractive index layer 굴절률 차refractive index difference 반사율 (%) Reflectance (%) 초기 반사 파장
(nm)
initial reflection wavelength
(nm)
티타늄함량
(중량%)
Titanium content
(weight%)
두께
(nm)
thickness
(nm)
굴절률refractive index 두께
(nm)
thickness
(nm)
굴절률refractive index
실시예 1Example 1 7070 39.639.6 1.711.71 69.269.2 1.521.52 0.190.19 6060 341341 실시예 2Example 2 5050 34.534.5 1.661.66 0.140.14 4848 314314 실시예 3Example 3 3030 28.628.6 1.621.62 0.100.10 3232 292292 실시예 4Example 4 2020 25.125.1 1.591.59 0.070.07 1010 279279 실시예 5Example 5 8080 62.162.1 1.731.73 0.210.21 7171 415415 비교예 1Comparative Example 1 -- 3131 1.531.53 0.010.01 1One 301301 비교예 2Comparative Example 2 -- 4141 1.571.57 0.050.05 66 339339

상기 표 1에서 실시예 1 내지 5를 보면, 색변환 1차원 광결정 구조체의 반사율은 고굴절층의 티타늄 함량에 따라 적어도 10 % 이상, 좋게는 71 % 이상인 것을 확인하였으며, 육안으로 관찰가능하기 위한 높은 반사도를 나타내기 위해서는 티타늄함량이 50 중량% 이상인 것이 바람직하고, 티타늄 함량을 80중량% 미만으로 포함하는 경우 초기 반사파장이 400 nm 미만으로 형성되므로, 가시광 영역 내에서 색변환 1차원 광결정 센서가 가장 넓은 변색 범위를 가질 수 있음을 시사한다.Looking at Examples 1 to 5 in Table 1, it was confirmed that the reflectance of the color-converting one-dimensional photonic crystal structure was at least 10% or more, preferably 71% or more, depending on the titanium content of the high refractive index layer, and that the reflectance was high enough to be observed with the naked eye. In order to indicate, it is preferable that the titanium content is 50% by weight or more, and when the titanium content is less than 80% by weight, the initial reflection wavelength is formed to be less than 400 nm, so the color conversion one-dimensional photonic crystal sensor has the widest range in the visible light region. This suggests that there may be a range of discoloration.

이에 반해, 상기 비교예 1 및 비교예 2의 색변환 1차원 광결정 구조체는 굴절률 차가 매우 좁으므로, 반사율이 6 % 미만, 심하게는 1 % 미만을 가지는 것을 확인하였다. 이는 상기 비교예 2 및 비교예 3의 색변환 1차원 광결정 구조체는 실시예 1 내지 5와 동일한 반사율을 가지기 위해서, 상기 실시한 교차로 적층된 층수가 11 층보다 더 많이 적층 되어야하는 것을 시사한다.On the other hand, the color conversion one-dimensional photonic crystal structures of Comparative Examples 1 and 2 had a very narrow refractive index difference, so it was confirmed that the reflectance was less than 6%, and at worst, less than 1%. This suggests that in order for the color conversion one-dimensional photonic crystal structures of Comparative Examples 2 and 3 to have the same reflectance as Examples 1 to 5, the number of cross-stacked layers should be more than 11 layers.

실험예 1. 포름알데히드 감응 측정 Experimental Example 1. Formaldehyde sensitivity measurement

상기 실시예 1에서 제조된 색변환 1차원 광결정 구조체를 닫혀있는 챔버에 위치시키고 포름알데히드 기체가 챔버 내 1 ppm 및 50 ppm 농도를 갖도록 투입하여 20분 동안 반응하고, 이후 챔버를 공기 중에 노출하고 2시간동안 질소를 순환시켜 잔여 알데히드 기체를 제거.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared in Example 1 was placed in a closed chamber, formaldehyde gas was introduced into the chamber to have a concentration of 1 ppm and 50 ppm, reacted for 20 minutes, and then the chamber was exposed to air and 2 Remaining aldehyde gas is removed by circulating nitrogen for a period of time.

이후, 챔버를 닫고 내부 상대습도를 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 또는 80 % 조절하며 1차원 광결정 구조체의 색변화 이미지를 촬영하여 하기 도 1에 나타내었으며, 동시에 Spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES)반사율 측정기로 1차원 광결정 구조체의 200 내지 800 ㎚ 파장범위에서 연속적으로 반사율을 측정하여 하기 도 2에 나타내었다.Afterwards, the chamber was closed, the internal relative humidity was adjusted to 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, or 80%, and the color change image of the one-dimensional photonic crystal structure was taken and shown in Figure 1 below. At the same time, the spectrometer ( The reflectance of the one-dimensional photonic crystal structure was continuously measured in the 200 to 800 nm wavelength range using an Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES) reflectance meter, and is shown in Figure 2 below.

실험예 2. 아세트알데히드 감응 측정 Experimental Example 2. Measurement of acetaldehyde sensitivity

상기 실시예1에서 제조된 색변환 1차원 광결정 구조체를 사용하고, 아세트알데히드를 50 ppm 또는 100 ppm 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 측정하였고, 이에 따른 색변환 이미지를 하기 도 3에 나타내었고, 200 내지 800 ㎚ 파장범위에서 연속적으로 반사율을 측정하여 하기 도 4에 나타내었다. The color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared in Example 1 was used, and measurements were made in the same manner as in Experimental Example 1, except that 50 ppm or 100 ppm of acetaldehyde was used, and the resulting color conversion image is shown in Figure 3. The reflectance was continuously measured in the wavelength range of 200 to 800 nm and is shown in Figure 4 below.

하기 도 1 및 도 2를 보면, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 포름알데히드에 노출되지 않을 경우, 저굴절 감응층 내 1차 아민기의 높은 친수성으로 인해 상대습도 증가함에 따라 팽윤특성이 증가하여, 색상이 점차 붉은 색으로 변화하는 명확한 색변화를 보인다.Referring to Figures 1 and 2 below, when the color conversion one-dimensional photonic crystal structure is not exposed to formaldehyde, the swelling characteristic increases as the relative humidity increases due to the high hydrophilicity of the primary amine group in the low refractive index response layer. It shows a clear color change that gradually changes to red.

그리고 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 포름알데히드에 노출될 경우, 색변환이 일어나지 않으므로, 미량의 포름알데히드 및 미량의 아세트알데히드를 감지 및 제거할 수 있다. 즉, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 일반적으로 30 % 이상의 상대습도를 가진 환경에서 극미량의 알데히드 검출이 가능할 수 있다.And since the color conversion one-dimensional photonic crystal structure does not undergo color conversion when exposed to formaldehyde, it can detect and remove trace amounts of formaldehyde and trace amounts of acetaldehyde. That is, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure can generally detect trace amounts of aldehyde in an environment with a relative humidity of 30% or more.

또한 상기 도 3 및 도 4를 확인하면, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 포름알데히드에 노출될 시와 유사하게, 아세트알데히드 검출이 가능함을 확인하였다.Also, by checking FIGS. 3 and 4, it was confirmed that the color conversion one-dimensional photonic crystal structure was capable of detecting acetaldehyde, similar to when exposed to formaldehyde.

실험예 3. 연속 사용 측정 Experimental Example 3. Continuous use measurement

실험예 1 및 실험예 2에서 사용된 색변환 1차원 광결정 구조체를 이용해 1 M 농도의 HCl 수용액에 30 분 침지하고 증류수로 세척하여 50 ℃ 대류오븐에서 2시간 동안 건조하였다. 이후 상기 건조된 색변환 1차원 광결정 구조체를 닫혀 있는 챔버 내에 위치시키고 상대 습도를 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 % 및 80 %로 조절하며 그 결과를 하기 도 5에 나타내었다.The color conversion one-dimensional photonic crystal structure used in Experimental Examples 1 and 2 was immersed in a 1 M aqueous HCl solution for 30 minutes, washed with distilled water, and dried in a convection oven at 50°C for 2 hours. Thereafter, the dried color conversion one-dimensional photonic crystal structure was placed in a closed chamber and the relative humidity was adjusted to 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, and 80%, and the results are shown in Figure 5 below.

하기 도 5을 보면 실시예 2의 색변환 1차원 광결정 구조체는 놀랍게도 염산 수용액에 침지하여 재사용하여도, 현저히 우수한 습도 감응성을 가지므로, 연속적으로 재활용이 가능한 것을 확인하였다.Referring to Figure 5 below, it was confirmed that the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of Example 2 surprisingly had remarkably excellent humidity sensitivity even when reused by being immersed in an aqueous hydrochloric acid solution, and thus could be continuously recycled.

실험예 4. 센서 감지 선택성 측정Experimental Example 4. Sensor detection selectivity measurement

상기 실시예1에서 제작된 색변환 1차원 광결정 구조체를 사용하고, 포름알데히드, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, 아세톤, 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸아세테이트, 다이에틸에터, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 그리고 메탄올에 각각에 20분간 침지한 후, 증류수로 세척하여 50℃ 대류오븐에서 2시간 동안 건조 하였음. 이후, 챔버를 닫고 내부 상대습도를 70 % 조절하며 Spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES) 반사율 측정기로 1차원 광결정 구조체의 200 내지 800 ㎚ 파장범위에서 연속적으로 반사율을 측정하여 하기 도 6에 나타내었다.Using the color conversion one-dimensional photonic crystal structure prepared in Example 1, formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde, acetone, dichloromethane, chloroform, ethyl acetate, diethyl ether, benzene, toluene, xylene , and each was immersed in methanol for 20 minutes, then washed with distilled water and dried in a convection oven at 50°C for 2 hours. Afterwards, the chamber was closed, the internal relative humidity was adjusted to 70%, and the reflectance was continuously measured in the 200 to 800 nm wavelength range of the one-dimensional photonic crystal structure using a spectrometer (Ocean Optics USB4000-UV-VIS-ES) reflectance meter, as shown in Figure 6 below. indicated.

하기 도 6을 보면, 포름알데히드 및 아세트알데히드에 침지된 경우를 제외하고는 상대습도 70 %에서 가시광영역 내 최대 반사도 파장이 모두 650 nm 부근에서 관찰되며, 이는 상기 실시예 1에서 제작된 색변환 1차원 광결정 구조체가 포름알데히드 및 아세트알데히드에만 선택성을 가지고 있음을 시사한다.Referring to Figure 6 below, except for the case of immersion in formaldehyde and acetaldehyde, the maximum reflectance wavelength in the visible light region is observed around 650 nm at a relative humidity of 70%, which is the color conversion 1 manufactured in Example 1 above. This suggests that the 3D photonic crystal structure has selectivity only for formaldehyde and acetaldehyde.

따라서 본 발명의 일 양태에 따른, 상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층과 저굴절 감응층 간 0.19 이상의 높은 굴절률차로 인해 우수한 반사도 및 시인성을 나타내므로, 육안검출이 가능한 알데히드 센서로 사용할 수 있으며, 습도에 민감하며, 포름알데히드, 및 아세트알데히드에 접촉 시 비가역적 화학반응을 일으키는 저굴절 감응층을 포함하므로, 이를 이용하여 미량의 포름알데히드 및 미량의 아세트알데히드의 감지가 가능한 알데히드 감지센서로 보다 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, according to one aspect of the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure exhibits excellent reflectivity and visibility due to a high refractive index difference of 0.19 or more between the high refractive index layer and the low refractive index response layer, so it can be used as an aldehyde sensor capable of visual detection, It is sensitive to humidity and contains a low refractive index sensitive layer that causes an irreversible chemical reaction when contacted with formaldehyde and acetaldehyde, making it more useful as an aldehyde detection sensor capable of detecting trace amounts of formaldehyde and acetaldehyde. It can be used easily.

또한 본 발명의 일 양태에 따른 색변환 1차원 광결정 구조체는 상기의 높은 반사율, 습도 및 알데히드계 물질에 대한 민감한 감응성을 가질 뿐 아니라, 연속적으로 재사용하여도 습도 및 알데히드 물질에 대한 우수한 감응성을 유지할 수 있는 것을 확인하였다. In addition, the color-converting one-dimensional photonic crystal structure according to an aspect of the present invention not only has the above-described high reflectance and sensitive sensitivity to humidity and aldehyde-based materials, but can also maintain excellent sensitivity to humidity and aldehyde-based materials even when continuously reused. It was confirmed that it exists.

그 결과 본 발명의 색변환 1차원 광결정 구조체는 저렴한 고분자소재에 기반하고 있어, 종래의 복잡하고, 고가의 센서와 비교해 우수한 경재성을 가질 수 있고, 필름화에 매우 용이하며, 포름알데히드 및 아세트알데히드를 선택적으로 민감하게 감응할 수 있고, 높은 반사도에 의한 시인성이 우수하며, 재사용이 가능하기 때문에, 알데히드계 물질을 감지하는 색변환 센서로 유용하게 사용할 수 있다.As a result, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of the present invention is based on an inexpensive polymer material, and has excellent hardness compared to conventional complex and expensive sensors, is very easy to film, and eliminates formaldehyde and acetaldehyde. Because it can be selectively sensitive, has excellent visibility due to high reflectivity, and can be reused, it can be usefully used as a color conversion sensor to detect aldehyde-based substances.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 색변환 1차원 광결정 구조체 및 이를 포함하는 알데히드 감지센서가 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, the color conversion one-dimensional photonic crystal structure and the aldehyde detection sensor including the same have been described through specific details and limited embodiments, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention It is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all things that are equivalent or equivalent to the scope of the claims will be said to fall within the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (17)

하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 함유한 티타늄-복합체를 포함하여 형성된 고굴절층; 및
하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 반복단위를 함유한 감응성 공중합체를 포함하여 형성된 저굴절 감응층;을 포함하고,
상기 고굴절층 및 저굴절 감응층이 교대로 적층된 색변환 1차원 광결정 구조체.
[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

상기 화학식 1 내지 4에서,
R1, R2, R4 및 R7은 서로 독립적으로 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며,
A1, A2 및 A4는 서로 독립적으로 단일결합; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며,
R3은 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
A3는 *-O-* 또는 *-NH-*이며,
R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
A high refractive index layer formed including a titanium-composite containing repeating units represented by the following formulas 1 to 3; and
A low refractive index sensitive layer formed including a sensitive copolymer containing repeating units represented by the following formulas 3 and 4,
A color-converting one-dimensional photonic crystal structure in which the high refractive index layers and the low refractive index response layers are alternately stacked.
[Formula 1]

[Formula 2]

[Formula 3]

[Formula 4]

In Formulas 1 to 4,
R 1 , R 2 , R 4 and R 7 are independently hydrogen; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkyl,
is a titanium oxide network structure,
A 1 , A 2 and A 4 are independently a single bond; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkylene,
R 3 is hydrogen; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkyl,
A 3 is *-O-* or *-NH-*,
R 5 and R 6 are independently straight-chain or branched-chain C 1 -C 7 alkyl,
n and m are independently integers from 0 to 4.
제 1항에 있어서,
상기 화학식 1 내지 4에서,
R1, R2, R4 및 R7은 서로 독립적으로 수소, 메틸 또는 에틸이고,
는 ()n을 포함하는 산화티타늄 망상구조이며,
A1 및 A2는 서로 독립적으로 단일결합, 메틸렌 또는 에틸렌이며,
R3은 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이며,
A3은 *-O-*이며,
R5 및 R6은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C4알킬이며,
n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
In Formulas 1 to 4,
R 1 , R 2 , R 4 and R 7 are independently hydrogen, methyl or ethyl,
Is ( ) It is a titanium oxide network structure containing n ,
A 1 and A 2 are independently a single bond, methylene or ethylene,
R 3 is straight or branched C 1 -C 4 alkyl,
A 3 is *-O-*,
R 5 and R 6 are independently linear or branched C 1 -C 4 alkyl,
A color conversion one-dimensional photonic crystal structure where n and m are independently integers of 0 to 2.
제 1항에 있어서,
상기 티타늄-복합체는 총 반복단위에 대해서, 화학식 1로 표시되는 반복단위를 1 내지 50 mol%로 함유하는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The titanium-composite is a color-converting one-dimensional photonic crystal structure containing 1 to 50 mol% of the repeating unit represented by Formula 1, based on the total repeating units.
제 1항에 있어서,
상기 감응성 공중합체는 화학식 4로 표시되는 반복단위를 50 내지 99 mol%로 함유하는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The sensitive copolymer is a color-converting one-dimensional photonic crystal structure containing 50 to 99 mol% of a repeating unit represented by Formula 4.
제 1항에 있어서,
상기 티타늄-복합체는 하기 화학식 5로 표시되고, 상기 감응성 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
[화학식 5]

[화학식 6]

상기 화학식 5에서, a, b 및 c는 a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤ 및 0.8≤c≤0.9를 만족하는 유리수이고, 는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며,
상기 화학식 6에서, d 및 e는 d+e=1, 0.9≤d≤0.99 및 0.01≤e≤0.1을 만족하는 유리수이다.
According to clause 1,
The titanium-composite is represented by the following formula (5), and the sensitive copolymer is represented by the following formula (6).
[Formula 5]

[Formula 6]

In Formula 5, a, b and c are rational numbers satisfying a+b+c=1, 0.08≤a≤0.15, 0.02≤b≤ and 0.8≤c≤0.9, is a titanium oxide network structure,
In Formula 6, d and e are rational numbers that satisfy d+e=1, 0.9≤d≤0.99, and 0.01≤e≤0.1.
제 1항에 있어서,
상기 티타늄-복합체는 총 질량에 대해서, 산화티타늄 망상구조(network structure)를 50 내지 80 중량%로 포함하는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The titanium-composite is a color-converting one-dimensional photonic crystal structure comprising 50 to 80% by weight of a titanium oxide network structure, based on the total mass.
제 1항에 있어서,
상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 고굴절층 및 저굴절 감응층을 20 층 이하로 교차하여 적층된 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The color-converting one-dimensional photonic crystal structure is a color-converting one-dimensional photonic crystal structure in which a high refractive index layer and a low refractive response layer are alternately stacked in 20 or less layers.
제 1항에 있어서,
상기 고굴절층은 파장 633 ㎚ 가시광선의 굴절률이 1.5 내지 3.0이고, 감응층과 굴절률 차이가 0.07 이상인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The high refractive index layer has a refractive index of visible light with a wavelength of 633 nm of 1.5 to 3.0, and the color conversion one-dimensional photonic crystal structure has a refractive index difference from the sensitive layer of 0.07 or more.
제 1항에 있어서,
상기 고굴절층의 두께는 20 내지 70 ㎚이고,
상기 저굴절 감응층의 두께는 1 내지 200 ㎚인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The thickness of the high refractive index layer is 20 to 70 nm,
A color conversion one-dimensional photonic crystal structure wherein the low refractive index response layer has a thickness of 1 to 200 nm.
제 1항에 있어서,
상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 spectrometer로 측정한 최대 반사율이 10 % 이상인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The color conversion one-dimensional photonic crystal structure is a color conversion one-dimensional photonic crystal structure having a maximum reflectance of 10% or more as measured by a spectrometer.
제 1항에 있어서,
상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도가 증가하면 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위가 증가하고,
알데히드계 물질에 노출 시, 상대습도 증가에 따른 최대 반사율을 가지는 빛의 파장범위의 증가율이 감소하는 것이 특징인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
In the color conversion one-dimensional photonic crystal structure, as relative humidity increases, the wavelength range of light with maximum reflectance increases,
A color-converting one-dimensional photonic crystal structure characterized by a decrease in the rate of increase in the wavelength range of light with maximum reflectance as relative humidity increases when exposed to aldehyde-based materials.
제 1항에 있어서,
상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 상대습도 30 % 이상에서 색변화가 나타나는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The color conversion one-dimensional photonic crystal structure is a color conversion one-dimensional photonic crystal structure that changes color at a relative humidity of 30% or more.
제 1항에 있어서,
상기 색변환 1차원 광결정 구조체는 환원반응을 포함하여, 재사용이 가능한 것이 특징인 색변환 1차원 광결정 구조체.
According to clause 1,
The color conversion one-dimensional photonic crystal structure is characterized in that it includes a reduction reaction and is reusable.
제 1항 내지 제 13항에서 선택되는 어느 한 항의 색변환 1차원 광결정 구조체를 포함하는 알데히드 감지센서.An aldehyde detection sensor comprising the color conversion one-dimensional photonic crystal structure of any one of claims 1 to 13. 제 14항에 있어서,
상기 알데히드 감지센서는 포름알데히드 1 ppm 이상, 아세트 알데히드 50 ppm 이상 또는 이들의 혼합물을 포함하는 감지 대상물을 감지하는 것인 알데히드 감지센서.
According to clause 14,
The aldehyde detection sensor detects an object containing more than 1 ppm of formaldehyde, more than 50 ppm of acetaldehyde, or a mixture thereof.
하기 화학식 7 내지 9로 표시되는 반복단위를 함유하는 티타늄-복합체를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계;
하기 화학식 9 및 화학식 10으로 표시되는 반복단위를 함유하는 감응성 공중합체를 포함하는 제2 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 제1 조성물 및 제2 조성물로부터 서로 교차하여 고굴절층 및 저굴절 감응층을 형성하는 단계;를 포함하는 색변환 1차원 광결정 구조체 제조방법.
[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

상기 화학식 7 내지 10에서,
R8, R9, R11 및 R14는 서로 독립적으로 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
는 산화티타늄 망상구조(network structure)이며,
A5, A6 및 A8은 서로 독립적으로 단일결합; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬렌이며,
R10은 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
A7은 *-O-* 또는 *-NH-*이며,
R12 및 R13은 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄 C1-C7알킬이며,
n 및 m은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
Preparing a first composition comprising a titanium-complex containing repeating units represented by the following formulas 7 to 9;
Preparing a second composition comprising a sensitive copolymer containing repeating units represented by Formula 9 and Formula 10 below; and
A method of manufacturing a color conversion one-dimensional photonic crystal structure comprising: forming a high refractive index layer and a low refractive index response layer by crossing the first composition and the second composition.
[Formula 7]

[Formula 8]

[Formula 9]

[Formula 10]

In Formulas 7 to 10,
R 8 , R 9 , R 11 and R 14 are independently hydrogen; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkyl,
is a titanium oxide network structure,
A 5 , A 6 and A 8 are independently a single bond; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkylene,
R 10 is hydrogen; or straight chain or branched chain C 1 -C 7 alkyl,
A 7 is *-O-* or *-NH-*,
R 12 and R 13 are independently straight-chain or branched-chain C 1 -C 7 alkyl,
n and m are independently integers from 0 to 4.
제 16항에 있어서,
상기 고굴절층은 제1 조성물을 코팅, 건조 및 광경화하여 형성되는 것인 색변환 1차원 광결정 구조체 제조방법.
According to clause 16,
A method of manufacturing a color-converting one-dimensional photonic crystal structure in which the high refractive index layer is formed by coating, drying, and photocuring the first composition.
KR1020230046908A 2023-04-10 Color-changing photonic crystal structure containing a titanium-composite and an aldehyde sensor manufactured using the same KR102685161B1 (en)

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