KR20070107899A - 광결정 구조 보유체 및 그 제조방법 - Google Patents

광결정 구조 보유체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광결정 구조 보유체 및 그 제조방법에 대한 것이다. 본 발명은 광결정 구조를 갖는 천연물 표면에 복제소재를 피복하는 단계; 상기 피복된 복제소재를 분리한 후 분리된 복제소재에 전도성을 부여하는 단계; 상기 전도성이 부여된 복제소재의 표면에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 도금층을 상기 복제소재의 표면에서 분리하여 광결정 구조 보유체를 얻는 단계;를 포함하는 광결정 구조보유체 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 광결정 구조 보유체를 제공한다.
이와 같은 본 발명의 광결정 구조 보유체 및 그 제조방법에 의하면, 광결정 구조를 갖는 천연물의 표면이 복제된 복제소재의 표면에 무전해도금 또는 전해도금으로 금속을 석출시켜 형성된 도금층을 분리함으로써, 광결정 구조 보유체를 얻을 수 있고, 얻어진 광결정 구조 보유체를 마스터로 사용하여 또 다른 광결정 구조 보유체를 대량생산할 수 있을 뿐만 아니라 대량 생산된 광결정 구조 보유체를 디자인 소재로 적극 활용할 수 있다.
광결정, 도금층, 무전해도금, 전해도금, 실리콘 고무, PDMS

Description

광결정 구조 보유체 및 그 제조방법{PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE POSSESSOR AND MANUFACTURING METHDOD THEREOF}
도 1은 몰포나비 및 몰포나비의 날개표면을 확대한 사진.
도 2는 전복껍질 및 전복껍질 표면을 확대한 사진.
도 3은 천연물의 광결정 구조 표면을 복제소재에 복제하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 복제소재에서 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7a 및 도 8a는 원패의 사진.
도 7b는 도 7a의 원패 표면이 모사된 전주체의 사진.
도 8b는 도 8a의 원패 표면이 모사된 전주체의 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10; 천연물 11; 천연물의 광결정 구조 표면
20; 작업 용기 30; 복제소재(액)
31; 광결정 구조 표면이 모사된 복제소재의 표면
40; 니켈 전주체
41; 광결정 구조 표면이 모사된 니켈 전주체의 표면
50; 고체 니켈 60; 니켈 전주욕
본 발명은 광결정 구조가 모사된 전주체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전주공정에 의해 천연물의 광결정 구조 표면을 모사하여 마스터로 활용함으로써 대량생산이 가능하고 다양한 디자인 연출이 가능한 디자인 소재로 유용하게 사용할 수 있는 광결정 구조가 모사된 전주체 및 그 제조방법을 제공한다.
색은 색소에 기인한 색소색과 구조(형태)에 기인한 구조색으로 나눌 수 있다. 자연계에서 볼 수 있는 대부분의 색은 색소에 기인한 색소색이다. 예컨대, 풀잎에는 엽록소라는 색소가 있어 초록빛의 파장을 반사하기 때문에 우리 눈에 풀잎이 초록색으로 보이는 것이다.
반면, 몰포나비, 꽃무지, 흑조개 등과 같은 천연물에는 색소가 없는데도 특정 색깔을 나타내는데, 이는 이들의 표면에 형성된 광결정 구조 때문이다. 광결정은특정 파장의 빛을 반사하고 반사된 빛을 해당 천연물의 고유 색상으로 인식한다는 점에서는 색소와 유사하나 반사되는 파장의 빛을 제외한 나머지 빛은 흡수하 는 것이 아니라 그대로 투과한다는 점에서 색소와 차이가 있다.
광결정 구조를 가진 천연물이 특정 색소없이도 색을 나타내게 되는 것은 빛의 파동성과 관계가 있다. 빛은 입자성과 함께 파동의 성질을 가지고 있으므로 간섭현상이 나타나게 되는데, 파동의 위상이 동일하면 보강간섭이 일어나고 파동의 위상이 반대이면 상쇄간섭이 일어난다.
빛의 간섭현상에 의해 광결정 구조를 갖는 천연물이 색을 띄게 되는 원리를 몰포나비 및 전복을 예로 들어 설명한다.
도 1은 몰포나비 및 몰포나비의 날개표면을 확대한 사진이다.
도 1의 사진을 참조해보면, 몰포나비의 날개표면은 다층의 기와 구조로 되어 있는데, 이는 큐티클과 비슷한 투명한 물질로 만들어져 있다. 공기를 통과하던 빛이 다른 매질, 즉 날개 표면의 기와 구조에 닿으면 일부는 반사되고 일부는 이를 통과하게 되며, 통과한 빛은 그 다음 기와 구조를 만나 일부는 또 반사되고 나머지는 통과하게 되는데, 이러한 과정이 수차례 반복된다.
이때, 각 단계에서 반사되는 빛이 같은 위상이면 보강간섭이 일어나고 위상이 어긋나면 상쇄간섭이 발생한다. 몰포나비 날개 표면의 기와 두께는 약 64㎛이고, 각 기와층 사이의 거리는 약 127㎛로서 날개의 정면에서 빛이 들어가면 파장이 450㎛, 즉 파란빛이 보강간섭이 일어나 몰포나비의 날개가 파란색으로 보이게 되는 것이다.
한편, 도 2는 전복껍질 및 전복껍질의 내측부 확대사진이다.
전복껍질은 단백질과 석회(CaCO3)가 결합한 나노크기의 타일로 구성되어 있으며, 전복껍질의 내측부는 도 2의 사진에서 보듯이 다층배열로 이루어져 있다. 전복껍질의 내측부에서 발하는 아름다운 색상은 도 2의 사진에서 볼 수 있는 다층의 광결정 구조에 기인한 것으로서, 공기중을 통과한 빛이 전복껍질의 내측부에 입사한 후 반사시 다양한 파장을 가진 빛이 간섭을 일으킨 결과 만들어진 것이다.
광결정 구조를 갖는 천연물은 색소를 함유하고 있지 않음에도 불구하고 구조적 특성에 의해 색을 나타내게 되므로, 몰포나비의 기와층 간격을 넓히거나 좁히면 빛의 경로가 바뀌어 간섭보강, 즉 반사되는 빛의 파장이 바뀌게 되어 색상이 달라지게 되며, 날개 표면으로 들어가는 빛의 입사각이 달라져도 색상이 달라지게 된다.
최근에는 광결정 구조를 이용하여 고효율 LD 및 LED, 마이크로 레이저, 광 스위치 등 다양한 소형, 고효율성 광전소자들을 만들 수 있기 때문에 대용량, 초고속, 고효율의 광통신과 광컴퓨터 등에 활용되고 있다.
광결정 구조를 갖는 천연물은 특정 색소없이도 아름답고 자연스러운 색상 및 고급스런 질감을 나타내므로 광결정 구조를 각종 IT 제품의 외관을 디자인하기 위한 디자인 소재 또는 각종 생활용품의 외관을 장식하기 위한 디자인 소재로 적용하면 상품의 부가가치를 높일 수 있다.
그러나, 전복, 진주조개, 흑조개 등과 같은 패각류를 이용하여 자개제품을 생산하거나, IT 제품의 외관 장식용에 광결정 구조를 적용시키고자 해도 천연물 자 체를 사용해야 하고 일일이 수작업으로 디자인 처리를 해야하는 문제가 있어 제품 생산에 많은 비용이 소요되고, 대량생산이 어려울 뿐만 아니라 광결정 구조에 의한 색상이나 질감을 다양하게 연출하기 어려워 디자인 소재로 활용하기에 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 무전해도금 또는 전해도에 의해 천연물의 광결정 구조 표면을 금속에 모사함으로써, 광결정 구조 표면을 갖는 전주체를 대량 생산할 수 있는 마스터로 사용가능한 광결정 구조 보유체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 무전해도금 또는 전해도에 의해 천연물의 광결정 구조 표면을 금속에 모사함으로써, 아름답고 고급스러운 색상 및 질감을 나타내는 디자인 소재로 활용가능한 광결정 구조 보유체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광결정 구조를 갖는 천연물 표면에 복제소재를 피복하는 단계; 상기 피복된 복제소재를 분리한 후 분리된 복제소재에 전도성을 부여하는 단계; 상기 전도성이 부여된 복제소재의 표면에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 도금층을 상기 복제소재의 표면에서 분리하여 광결정 구조 보유체를 얻는 단계;를 포함하는 광결정 구조 보유체 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 복제소재는 실리콘 고무 또는 폴리디메틸실옥 산(polydimethylsiloxane; 이하 ‘PDMS’이라 함)을 포함한다.
또한, 바람직하게는 상기 복제소재를 피복한 후 상기 피복된 복제소재를 경화시키는 단계를 더 포함한다.
한편, 바람직하게는 상기 복제소재에 전도성을 부여하는 단계는, 물리 기상 증착(physical vapor deposition) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)에 의해 상기 복제소재의 표면에 금속을 증착시키는 단계이다.
또한, 바람직하게는 상기 복제소재에 전도성을 부여하는 단계는, 금속이 용해된 용액을 상기 복제소재의 표면에 분사하거나 금속이 용해된 용액에 상기 복제소재를 침지하여 금속막을 형성하는 단계이다.
이때, 바람직하게는 상기 금속막은 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 금속막으로 형성되며, 더욱 바람직하게는 상기 금속막은 염화주석(SnCl2) 및 염산(HCl)을 포함하는 용액을 사용하여 형성된 주석막 및 상기 주석막의 표면에 형성된 은경막으로 이루어진다.
또한, 상기 주석막은 염화주석(SnCl2) 4~6g/ℓ와 염산(HCl; 30~40wt%) 30~50㎖/ℓ를 포함하는 용액을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 은경막은 톨렌즈 시약(Tollens reagent)과 알데히드 용액의 은거울 반응에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 은경막은 질산은(AgNO3) 55~60g/ℓ와 암모니아수(NH4OH; 25~30wt%) 60~75㎖/ℓ를 포함하는 톨렌즈 시약 및 포름알데히드(HCHO) 용액 60~70㎖/ℓ를 상기 주석막의 표면에 분사하여 형성된다.
한편, 도금층은 상기 전도성이 부여된 복제소재를 전주욕에 침지하여 전해도금에 의해 형성되거나, 상기 전도성이 부여된 복제소재를 금속이온이 함유된 도금용액에 침지하여 무전해도금에 의해 형성된다.
한편, 상기 형성된 도금층은 니켈(Ni) 도금층 또는 동(Cu) 도금층인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 니켈 도금층은 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2˙4H2O), 붕산(H3BO3) 및 염화니켈(NiCl2)을 포함하는 전주욕에 용해된 니켈 양이온이 전해도금에 의해 상기 전도성이 부여된 복제소재의 표면에 석출되어 형성된다.
이때, 상기 전주욕은 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2˙4H2O; 55~65wt%) 500~510g/ℓ 및 붕산(H3BO3) 35~40g/ℓ를 포함하고, 상기 전주욕의 pH는 3.2~4.0을 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 광결정 구조 보유체를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 천연물의 광결정 구조 표면을 복제소재에 복제하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하여 천연물의 광결정 구조 표면을 복제소재에 복제하는 방법에 대해 설명한다.
천연의 표면(11)에 형성된 광결정 구조를 전해도금에 의해 전주체에 모사(copy)하기 위해서는 천연물(10)의 광결정 구조를 복제소재(30)에 복제하는 작업이 선행된다.
천연물(10)을 곧바로 전주욕(여기서 전주욕이란 ‘도금시키고자 하는 금속물질이 용해되어 있는 용액’을 지칭함)에 침지시켜 전해도금시킬 수도 있으나, 금속을 천연물(10)로부터 분리하는 작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라 내화학성과 취급에 따른 천연물의 손상이 문제되므로 일단 복제소재(30)로 천연물의 광결정 구조를 복제하는 것이 바람직하다.
따라서, 몰포나비, 파리데스 나비, 바다에 사는 고슴도치 갯지렁이, 불가사리, 양치식물, 오팔(보석), 진주조개, 흑조개, 전복, 꽃무지 등과 같이 광결정 구조를 갖는천연물(10)을 준비한다(도 3의 a). 준비된 천연물(10)을 작업 용기(20)에 안치시키되, 천연물의 광결정 구조 표면(11)이 상부를 향하도록 안치시킨다(도 3의 b).
이후, 실리콘 고무나 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane; 이하 ‘PDMS’이라 함)와 같은 복제소재액(30)을 천연물의 표면에 피복시킨다(도 3의 c).
천연물의 표면(11)에 복제소재(30)를 피복시킨 후 약 12시간 방치하여 자연 경화시킨다(도 3의 d). 복제소재(30)가 완전 경화되면 복제소재(30)를 천연물(10)로부터 분리한다(도 3의 e).
이와 같이 제조된 복제소재의 표면 중 천연물과의 접촉면(31)에는 천연물(10)의 광결정 구조의 거울상이 복제된다. 이때, 다층의 광결정 구조를 갖는 천연물(10)의 경우, 다층의 광결정 구조가 100% 복제소재(30)에 복제되지 않고 일부 층만 복제되어도 무방한데, 이는 복제된 일부 광결정 구조층에 의해서도 특정 색상 및 질감이 나타나기 때문이다. 즉, 광결정 구조의 표면이 복제소재의 표면(31)에 복제되기만 하면 된다.
여기서, 복제소재로 사용되는 액상 실리콘 고무 및 PDMS에 대하여 더 상세히 설명한다.
액상 실리콘 고무는 유기고무에 비해 우수한 무기 재료적 특징이 있으며, 형뜨기용(복제소재용)으로 사용되는 부가형 액상 실리콘 고무는 하이드로씰화 반응에 의한 가교 제품으로 단성분형과 다성분형이 있다.
부가용 액상 실리콘 고무는 비닐기를 함유하는 폴리실록산과 Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 부가반응시켜 실록산 사슬을 가교시켜 제조되며, 주로 백금화합물을 촉매로 사용하여 제조된다. 부가용 액상 실리콘 고무가 형뜨기용(복제소재용)으로 사용되기 위해서는 유동성, 탈포성, 이형성 및 기계적 강도가 우수해야 한다.
한편, PDMS는 나노 임프린팅(nano imprinting)에 사용되는 물질로서 액상 실리콘 고무보다 복제 성능이 좋으므로, 나노 광결정 구조를 갖는 천연물의 표면을 복제하는데 아주 적합한 복제소재이다.
그러나, 본 발명의 권리범위가 복제소재의 종류에 의해 제한되지는 않으며, 천연물의 광결정 구조 표면을 어느 정도 복제할 수 있고, 전해도금시 전주욕에서 형태가 변형되지 않으며, 광결정 구조 표면을 복제한 후 형태가 변형되지 않는 복제소재라면 본 발명의 권리범위에 속한다.
복제소재의 표면(31)에 광결정 구조 표면이 복제되면, 복제소재의 표면(31)에 전도성을 부여한다. 복제소재의 표면(31)에 전도성을 부여하는 이유는, 절연체인 복제소재(30)에 전도성을 부여하여야 후속되는 전주체를 전해도금에 의해 제조할 수 있기 때문이다.
이때, 복제소재의 표면(31)에 전도성을 부여하는 방법은 여러 가지가 있는데, 본 발명에서는 일 실시예로서 복제소재의 표면(31)에 금속막을 형성시켜 전도성을 부여한다.
즉, 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 등과 같은 금속을 복제소재의 표면에 코팅하여 금속막을 형성시키면 복제소재가 전도성을 띄게 된다. 즉, 금속이 용해된 용액을 복제소재의 표면에 분사하거나 금속이 용해된 용액에 복제소재를 침지하여 무전해 도금시킴으로써 복제소재의 표면에 전도성을 부여할 수 있다. 이때, 물리적기상증착(PVD) 또는 화학적기상증착(CVD)에 의해 복제소재의 표면에 금속을 증착시킬 수도 있다.
복제소재의 표면에 주석막 및 은경막으로 이루어진 금속막을 형성하여 전도성을 부여하고자 할 경우, 염화주석(SnCl2)과 염산(HCl)이 포함된 용액을 복제소재에 분사하거나 상기 용액에 복제소재를 소정 시간 침지하면 주석막이 형성되고, 주석막 위에 톨렌스 시약(Tollen’s reagent)과 알데히드기가 포함된 용액을 동시에 분사하면 은거울 반응에 의해 은경막이 형성된다.
이때, 은거울 반응에 의해 은경막 형성시 은이온을 환원시킬 수 있는 환원제는 여러 가지가 있으나 주로 포름알데히드나 아세트 알데히드 용액이 사용된다.
주석막 및 은경막을 복제소재의 표면에 차례대로 형성하여 전도성을 부여하는 방법은 하기와 같다.
<복제소재의 표면에 전도성을 부여하는 방법>
(1) 천연물의 광결정 구조 표면이 복제된 복제소재를 준비한다.
(2) 광결정 구조 표면이 복제된 측면을 향해 염화주석(SnCl2) 4~6g/ℓ와 염산(HCl; 30~40wt%) 30~50㎖/ℓ를 포함하는 용액을 분사하여 주석막을 형성시킨다.
(3) 질산은(AgNO3) 55~60g/ℓ와 암모니아수(NH4OH; 25~30wt%) 60~75㎖/ℓ를 포함하는 톨렌스 시약 및 포름알데히드(HCHO) 용액 60~70㎖/ℓ를 상기 주석막의 표면에 동시에 분사하여 은경막을 형성시킨다.
한편, 복제소재의 표면에 전도성을 부여하는 이유는 후속되는 전해도금으로 전주체를 제조하기 위함이므로, 복제소재의 표면에 전도성을 부여하는 방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 않는다.
이와 같이 복제소재의 표면에 전도성을 부여한 후에는 전해도금 방식에 의해 전주체를 제조한다. 도 4를 참조하여 전해도금에 의해 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서, 도 3과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 붙인다.
전해도금은 전기분해를 이용하여 금속을 피도금물질에 도금하는 것으로서, 나노 구조인 천연물의 광결정 구조와 같은 정밀한 표면 모사에 적합하다.
전해도금을 수행하기 위해 전주욕에 고체 금속과 피도금물질인 복제소재를 침지시킨 후 고체 금속을 전원의 양극과 연결하고, 피도금물질을 전원의 음극과 연결하여 전기를 공급한다.
도 4를 참조하여 니켈 전주체 제조에 대해 설명하면, 먼저 고체 니켈(50)과 전도성이 부여된 복제소재(30)를 니켈전주욕(60)에 침지하여 고체 니켈(50)은 전원의 음극과 연결하고 복제소재(30)는 전원의 양극과 연결한 후 전기를 공급하여 전해도금을 시행한다.
이때, 복제소재(30)의 표면 중 천연물의 광결정 구조 표면이 모사된 일측면에 금속을 전착(電着)시켜야 하므로, 광결정 구조 표면이 모사된 복제소재의 일측면이 고체 금속(50)을 향하도록 설치한다.
전기분해가 진행됨에 따라 음극과 연결된 복제소재(30)의 표면 및 양극과 연결된 고체 니켈(50)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
고체 니켈 표면에서 일어나는 반응 : Ni → Ni2 + + 2e-
복제소재의 표면에서 일어나는 반응 : Ni2 + + 2e- → Ni
상기 화학식에서 보듯이, 전기분해가 진행됨에 따라 니켈전주욕(60) 중에 용해되어 있는 니켈 양이온(Ni2 +)은 음극과 연결된 복제소재의 표면으로 이동하여 전도성 물질인 금속막 상부에 도금층(40)을 형성하고, 양극과 연결된 고체 니켈(50)은 전주욕(60)으로 용해되어 도금층 형성을 위해 소멸되는 니켈 양이온을 보충하게 된다.
상기 니켈 도금층의 두께는 흘려준 전하량에 비례하는데, 2A/d㎥의 전류밀도로 약 12시간 전주하면 약 300㎛의 두께로 니켈 전주층(40)이 형성된다. 니켈 전주층(40)의 두께는 사용 용도에 적합하게 조절할 수 있는데, 일반적으로 마스터(master)로 사용하고자 할 경우에는 약 300~500㎛ 정도의 두께로 형성하고, 제품으로 사용하고자 할 경우에는 약 150~250㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 복제소재(30)의 표면에 형성된 도금층(40)을 복제소재에서 분리하면 도 5에 도시된 바와 같은 금속의 전주체(40)를 얻을 수 있으며, 전주체(40)의 표면 중 복제소재와의 접촉면(41)에는 천연물의 광결정 구조가 모사되어 있다. 여기서, 도 5는 광결정 구조 보유체를 복제소재에서 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
전주체의 표면(41)에는 천연물의 광결정 구조 표면이 모사되어 있으므로 이를 디자인 소재로 직접 활용할 수 있다. 그러나, 복제소재에서 분리한 전주체(40)를 디자인 소재로 사용시 1회 사용에 그치므로, 이를 또 다른 전주체를 제조 하기 위한 마스터로 사용하는 것이 훨씬 효율적이다.
니켈을 이용하여 전주체를 얻는 방법은 하기와 같다.
<니켈 전주체 제조방법>
(1) 복제소재의 표면에 천연물의 광결정 구조 표면을 복제한다.
(2) 광결정 구조 표면이 복제된 복제소재를 천연물에서 분리하여 전도성을 부여한다.
(3) 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2˙4H2O; 55~65wt%) 500~510g/ℓ, 붕산(H3BO3) 35~40g/ℓ 및 습윤제 5㎖/ℓ를 포함하고, pH는 3.2~4.0을 유지하는 전주욕에 전도성이 부여된 복제소재 및 고체 니켈을 침지한다.
(4) 복제소재는 전원의 음극과 연결하고, 고체 니켈은 전원의 양극과 연결한 후 전기를 공급하여 전해도금을 시행한다.
(5) 전해도금 시행 결과 복제소재의 표면에 형성된 니켈 도금층을 복제소재로부터 분리하여 니켈 전주체를 얻는다.
여기서 니켈 전주체는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 니켈뿐만 아니라 금, 은, 동(copper) 등을 사용하여 전주체를 제조할 수도 있다. 이때, 전원의 양극은 도금하고자 하는 고체 물질과 연결하여야 하고, 전주욕에는 도금하고자 하는 금속이온 등이 반드시 용해되어 있어야 한다.
더 나아가 한 성분만으로 이루어진 전주체가 아닌 니켈-인 합금과 같은 다양 한 합금의 전주체를 제조할 수도 있다. 니켈-인 합금의 전주체 제조시 전원의 양극과는 고체 니켈을 연결하고 전원의 음극과는 전도성이 부여된 복제소재를 연결하며, 전주욕에는 아인산 및 인산이온이 함유되어 있어야 한다.
그러나, 광결정 구조 보유체 제조시 반드시 전주공정에 의해 복제소재의 표면에 도금층을 형성하여야 하는 것은 아니다. 즉, 전도성이 부여된 복제소재를 무전해 도금용액에 침지하여 도금층을 형성시키고, 형성된 도금층을 분리하여 광결정 구조 보유체를 얻을 수도 있다. 이때, 무전해 도금은 통상적인 방법에 의해 시행한다.
무전해도금은 전해도금에 비해 도금속도가 느리고 형성되는 도금층의 두께가 제한되지만, 피도금체의 표면 구조를 보다 정밀하게 모사할 수 있고 전기분해와 달리 무전해 도금시 수소기체 등이 발생하지 않으므로 광결정 구조가 모사된 도금층의 표면이 매끄럽게 유지되는 이점이 있다.
본 발명에 따른 광결정 구조 보유체 제조시, 먼저 무전해도금으로 소정 두께의 도금층을 형성한 후 그 위에 전해도금층을 형성시킬 수도 있다. 이와 같이 무전해도금과 전해도금을 병행하여 도금층을 형성하면 도금층 표면에 광결정 구조를 더욱 정밀하게 모사시키면서도 도금 속도를 빠르게 할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 광결정 구조 보유체를 전해도금으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 광결정 구조 표면을 갖는 천연물을 준비한 후(S10), 광결정 구조가 상부를 향하도록 천연물을 작업 용기에 고정시킨다(S20).
이어서, 실리콘 고무액 또는 PDMS 등과 같은 복제소재액을 천연물의 표면에 부어서 피복층을 형성시킨다(S30).
상기 피복층이 완전 경화될 때까지 방치한 후(S31), 완전 경화되면 복제소재의 피복층을 천연물에서 분리한다(S32).
계속하여, 분리된 복제소재를 알칼리 탈지(S33), 수세(물로 세척; S34), 산세(산성용액으로 세척; S35) 및 수세(S36)를 순차적으로 시행한다. 여기서 알칼리 탈지는 실리콘 고무의 표면에 흡착되어 있는 유지분을 제거하기 위해 시행된다.
다음으로, 복제소재의 표면에 염화주석(SnCl2) 4~6g/ℓ와 염산(HCl; 30~40wt%) 30~50㎖/ℓ를 포함하는 용액을 분사하여 주석막을 형성시킨 후(S40) 복제소재를 수세한다(S42).
계속하여, 주석막의 표면에 은경막을 형성시키는데, 은경막은 질산은(AgNO3) 55~60g/ℓ와 암모니아수(NH4OH; 25~30wt%) 60~75㎖/ℓ를 포함하는 톨렌스 시약 및 포름알데히드(HCHO) 용액 60~70㎖/ℓ를 상기 주석막의 표면에 동시에 분사하여 형성된다(S44).
이와 같이 복제소재의 표면에 주석막 및 은경막을 형성시켜 전도성을 부여한 후 복제소재를 수세한다(S46).
계속하여, 복제소재 및 고체 니켈을 각각 전원의 음극과 전원의 양극에 연결 하여 니켈 양이온이 용해되어 있는 전주욕에 침지시킨 후 전기를 공급하여 전해도금을 시행한다(S50).
전기를 공급하면, 고체 니켈은 니켈 양이온으로 전주욕중으로 용해되고 복제소재의 표면에는 전주욕 중의 니켈 양이온이 석출되어 니켈 도금층을 형성하게 된다.
마지막으로, 형성된 니켈 도금층을 분리하여 니켈 전주체를 얻는다(S52).
이와 같은 방법에 의해 제조된 전주체는 원패에서 나타나는 색상이나 질감이 어느 정도 재현되었는데, 본 발명에 따른 광결정 구조 표면이 모사된 전주체와 원패의 표면을 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한다.
도 7a 및 도 8a는 원패의 사진이고, 도 7b는 도 7a의 원패 표면이 모사된 전주체의 사진이며, 도 8b는 도 8a의 원패 표면이 모사된 전주체의 사진이다.
이들 도면에서 알 수 있듯이, 전주체 표면에는 원래 금속의 색상 및 질감과유사한 색상 및 질감이 나타난다. 여기서, 질감은 원패의 질감과 매우 유사하고 색상은 원패와 완전 동일하지는 않음을 관찰할 수 있다.
이와 같이 전주공정을 거쳐 전해도금된 전주체에서는 최초 천연물(원패)의 질감이나 색상과 유사한 질감 및 색상이 나타나는데, 이는 천연물의 광결정 구조 표면이 전주체에 어느 정도 모사되었기 때문이다.
이때, 천연물의 다층 광결정 구조가 전주체에 어느 정도 모사되었는지에 따라 전주체의 색상 및 질감이 달라진다. 그러나, 광결정 구조 표면이 전주체에 모사되는 한, 불완전하게 모사되더라도 모사된 광결정 구조에 따른 특정 색상 및 질 감이 나타나므로 IT제품이나 생활용품의 외관을 장식하기 위한 디자인 소재로 적극 활용할 수 있다.
즉, 천연물의 광결정 구조가 전주체에 반드시 100% 모사되지 않아도 디자인 소재로 활용하는데는 아무런 문제가 없으며, 오히려 다양한 색상에 의한 다양한 디자인 연출이 가능하게 된다.
이상에서는 도면과 명세서에 최적 실시예를 개시하였다. 여기서는 설명을 위해 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 의하면, 복제소재로 광결정 구조를 갖는 천연물의 표면을 복제한 후 복제소재의 표면에 도금층을 형성시켜 분리함으로써, 마스터 또는 디자인 소재로 직접 활용가능한 광결정 구조 보유체를 얻을 수 있으며, 얻어진 광결정 구조 보유체를 마스터로 사용하여 전해도금에 의해 광결정 구조를 갖는 전주체를 대량 생산할 수 있다. 이와 같이 대량생산된 광결정 구조 보유체(전주체)는 특정 파장을 반사하여 아름답고 고급스러운 색상 및 질감을 나타내므로 다양한 디자인 연출이 가능해 디자인 소재로 적극 활용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 광결정 구조를 갖는 천연물 표면에 복제소재를 피복하는 단계;
    상기 피복된 복제소재를 분리한 후 분리된 복제소재에 전도성을 부여하는 단계;
    상기 전도성이 부여된 복제소재의 표면에 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 도금층을 상기 복제소재의 표면에서 분리하여 광결정 구조 보유체를 얻는 단계;
    를 포함하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제소재는 실리콘 고무 또는 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane; 이하 ‘PDMS’이라 함)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제소재를 피복한 후 상기 피복된 복제소재를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제소재에 전도성을 부여하는 단계는,
    물리 기상 증착(physical vapor deposition) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)에 의해 상기 복제소재의 표면에 금속을 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제소재에 전도성을 부여하는 단계는,
    금속이 용해된 용액을 상기 복제소재의 표면에 분사하거나 금속이 용해된 용액에 상기 복제소재를 침지하여 금속막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속막은,
    주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 금속막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속막은,
    염화주석(SnCl2) 및 염산(HCl)을 포함하는 용액을 사용하여 형성된 주석막 및 상기 주석막의 표면에 형성된 은경막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주석막은,
    염화주석(SnCl2) 4~6g/ℓ와 염산(HCl; 30~40wt%) 30~50㎖/ℓ를 포함하는 용액을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 은경막은,
    톨렌스 시약(Tollen’s reagent)과 알데히드 용액의 은거울 반응에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 은경막은,
    질산은(AgNO3) 55~60g/ℓ와 암모니아수(NH4OH; 25~30wt%) 60~75㎖/ℓ를 포함하는 톨렌스 시약 및 포름알데히드(HCHO) 용액 60~70㎖/ℓ를 상기 주석막의 표면에 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금층은,
    상기 전도성이 부여된 복제소재를 전주욕에 침지하여 전해도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금층은
    상기 전도성이 부여된 복제소재를 금속이온이 함유된 도금용액에 침지하여 무전해도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 도금층은,
    니켈(Ni) 도금층 또는 동(Cu) 도금층인 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층은,
    설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2˙4H2O), 붕산(H3BO3) 및 염화니켈(NiCl2)을 포함하 는 전주욕에 용해된 니켈 양이온이 전해도금에 의해 상기 전도성이 부여된 복제소재의 표면에 석출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전주욕은 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2˙4H2O; 55~65wt%) 500~510g/ℓ 및 붕산(H3BO3) 35~40g/ℓ를 포함하고,
    상기 전주욕의 pH는 3.2~4.0을 유지하는 것을 특징으로 하는 광결정 구조 보유체 제조방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 광결정 구조 보유체.
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