KR20160016380A

KR20160016380A - Micro-porous Structure and Method for Manufacturing the Same

Info

Publication number: KR20160016380A
Application number: KR1020140100424A
Authority: KR
Inventors: 신보성; 강문석; 고종수
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-02-15
Also published as: KR101706313B1

Abstract

The present invention relates to a microporous structure characterized by a plurality of microscale or nanoscale pores or droplets created by laser shocking and heat transfer inside a polymer substrate, and to a manufacturing method of the same. The manufacturing method of the microporous structure, according to the present invention, comprises: a step of arranging a polymer substrate on the top surface of a metallic guide plate; and a step of radiating a laser beam focused on a position separated from the top surface of the polymer substrate by a fixed distance. A plurality of pores inside the polymer substrate is formed by momentary penetration of gas outside of the polymer substrate into the polymer substrate through the guide plate simultaneously heated with creating optical shock wave from outside on the upper side of the polymer substrate using a laser beam. In present invention, the microporous structure and the manufacturing method of the same can remarkably shorten processing stage without requiring post processing stage after formation of pores, while excluding use of chemical substance.

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to a microporous structure,

본 발명은 마이크로 스케일의 구멍들이 형성되어 있는 미세 다공성 필름과 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펄스 레이저를 폴리머 기판 또는 폴리머 필름에 조사하여 광학 충격파와 열을 발생시키고, 이 때 발생하는 광학 충격파와 열을 에너지원으로 하여 주변에 형성되어 있던 분위기 가스를 순간적으로 폴리머 기판 또는 필름 내부의 지정된 위치로 침투시켜 폴리머 기판 또는 필름 내부에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공(pore)을 생성하는 미세 다공성 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microporous film having microscale holes and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a microporous film formed by irradiating a pulsed laser onto a polymer substrate or a polymer film to generate optical shock waves and heat, A microporous membrane that generates micro-scale or nano-scale pores in a polymer substrate or film by impregnating a surrounding atmosphere gas instantaneously into a polymer substrate or a designated position inside the film using shock waves and heat as energy sources, Structure and a method of manufacturing the same.

기존의 물은 차단하면서 물질파는 통과시키는 소재로는 W.L.고어 & 어소시에이션(W. L. Gore and Associates)의 등록 상표인 고어텍스(Gore-Tex)가 있다. 마이크로 조직을 가진 다공성 형태의 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 코팅한 구조로 현재 방수/방풍/투습 섬유로서 신발, 의류, 우산 등의 의류 산업 분야에 이용되고 있다. Gore-Tex, a registered trademark of W.L. Gore and Associates, is the material through which material waves pass while blocking conventional water. It is coated with porous polytetrafluoroethylene with microstructure and is currently used as a waterproof / windproof / breathable fiber in the clothing industry such as shoes, clothes, and umbrellas.

그러나 최근 이러한 방수 기술을 정보통신, 전자, 바이오 분야로 확대하려는 노력이 이루어지면서 섬유가 아닌 필름 형태의 방수 기술 확보가 시급해지고 있다. 스마트폰과 같은 휴대용 단말기의 스피커 분야와 배터리 방수 기술 분야의 방수 기술이나, 음식물을 상하지 않게 보관하는 통기성 포장재 기술 연구 등이 그 예이다. 기존의 방수기술에 대한 선행 연구로는 등록특허 제10-0599764호에 개시된 방수기판 및 그 제조방법에 대한 기술이 있다. However, recently, efforts have been made to expand the waterproof technology to information communication, electronics, and biotechnology. Examples include the loudspeaker field of portable handsets such as smart phones, waterproofing technology in battery waterproofing technology, and research on airtight packaging materials that store foods in a non-invasive manner. Prior art studies on existing waterproofing technologies include waterproofing substrates disclosed in Korean Patent No. 10-0599764 and techniques for manufacturing the same.

상기 등록특허의 방수기판은 마이크로미터 크기의 미세구멍을 통해 물 등의 액체는 차단하고 기체, 음파, 빛 등의 물질파의 통과는 허용할 수 있도록 한 것이다. The waterproof substrate of the above-described patent discloses that the liquid such as water can be blocked through the micrometer-sized fine holes, and the passage of the material wave such as gas, sound wave, and light can be allowed.

그러나 상기 등록특허의 방수기판을 비롯한 기존의 방수 기술은 도 1에 도시된 것과 같이 미세 구멍(2)이 레이저 빔에 의해 기재(1)를 일직선 형태로 관통하거나 소정의 깊이의 홈으로 형성되므로 방수 성능이 낮은 단점이 있으며, 레이저 빔의 가열시 미세 구멍 주위로 발생하는 버어(burr)(3)를 제거하기 위한 별도의 가열이나 냉각 처리가 필요하게 되므로 미세 구멍을 형성하는 과정이 복잡한 문제가 있다. However, in the conventional waterproofing technology including the waterproof substrate of the above-mentioned patent, as shown in Fig. 1, the fine holes 2 are formed by grooves of a predetermined depth or through a straight line passing through the base material 1 by the laser beam, There is a disadvantage in that the performance is low and an additional heating or cooling treatment is required to remove burrs 3 generated around the fine holes when the laser beam is heated so that the process of forming fine holes is complicated .

또한 기판이나 필름에 마이크로미터 크기의 미세구멍을 형성하는 종래의 기술(예를 들어 등록특허 제10-1203292호)은 대부분 화학적 합성 공정을 통해 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 다공 구조체를 형성하는 방법으로서, 이러한 방법은 환경오염을 유발하고, 공정이 복잡하며, 생산비용이 높은 문제를 안고 있다.In addition, conventional techniques (for example, EP-A-10-1203292) for forming micrometer-sized fine holes in a substrate or a film are methods for forming micro-scale or nanoscale porous structures through chemical synthesis processes, Such a method causes environmental pollution, complicates the process, and has a high production cost.

등록특허 제10-0599764호 (등록일자 2006년07월05일) "방수기판 및 그 제조방법"Registered Patent No. 10-0599764 (registered Jul. 05, 2006) "Waterproof Substrate and Manufacturing Method Thereof" 등록특허 제10-1203292호(등록일자 2012년11월14일) "나노 미세 기공의 가공방법"Registered Patent No. 10-1203292 (Registration date November 14, 2012) "Processing method of nano-fine pores"

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 펄스 레이저를 폴리머 기판 또는 폴리머 필름에 조사하여 광학 충격파와 열을 발생시키고, 이 때 발생하는 광학 충격파와 열을 에너지원으로 하여 주변에 형성되어 있던 분위기 가스를 순간적으로 폴리머 기판 또는 필름 내부의 지정된 위치로 침투시켜 폴리머 기판 또는 필름 내부에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공(pore)을 생성함으로써 화학물질의 사용을 배제하고, 기공 형성 후 별도의 후처리를 필요로 하지 않아 가공 공정을 대폭 단축시킬 수 있는 미세 다공성 구조체 및 그 제조방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a plasma display panel in which a pulsed laser is irradiated onto a polymer substrate or a polymer film to generate optical shock waves and heat, The atmospheric gas formed in the periphery is instantaneously penetrated into the polymer substrate or a designated position in the film to generate microscale or nanoscale pores in the polymer substrate or film to exclude the use of chemicals, And a method of manufacturing the same, which does not require a separate post-treatment after the step (1), thereby drastically shortening the processing steps.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체는, 폴리머 기재의 내부에 레이저 충격 및 열 전달에 의해 형성된 다수의 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공(pore) 또는 액적을 구비한 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the microporous structure according to the present invention is characterized by comprising a plurality of microscale or nanoscale pores or droplets formed by laser shock and heat transfer inside a polymer substrate do.

또한 상기와 같은 본 발명의 한 형태에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법은, 폴리머 기재를 금속 재질의 열 유도판의 상부면에 배치하는 단계와; 상기 폴리머 기재의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에 초점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하며; 상기 레이저 빔에 의해 폴리머 기재의 상측 외부에서 광학 충격파가 발생함과 동시에 열 유도판이 가열되어 폴리머 기재 외부의 가스가 폴리머 기재 내부로 침투하여 폴리머 기재 내부에 다수의 기공(pore)이 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microporous structure, comprising: disposing a polymer substrate on a top surface of a metal thermal induction plate; Irradiating a laser beam with a focus at a position spaced a certain distance from the upper surface of the polymer substrate; An optical shock wave is generated from the upper side of the polymer substrate by the laser beam and the heat induction plate is heated and the gas outside the polymer substrate permeates into the polymer substrate to form a plurality of pores inside the polymer substrate .

본 발명의 다른 한 형태에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법은, 폴리머 기재의 내부에 레이저 충격 및 열 전달에 의해 형성된 다수의 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 액적을 구비한 미세 다공성 구조체의 제조방법으로서, 챔버 내부에 금속 재질의 열 유도판을 설치하고, 상기 열 유도판의 상부면에 폴리머 기재를 배치하는 단계와; 상기 챔버 내부를 분위기 액체로 채우는 단계와; 상기 폴리머 기재의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에 초점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하며; 상기 레이저 빔에 의해 폴리머 기재의 상측 외부에서 광학 충격파가 발생함과 동시에 열 유도판이 가열되어 폴리머 기재 외부의 분위치 액체가 폴리머 기재 내부로 침투하여 폴리머 기재 내부에 다수의 액적을 형성하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a microporous structure according to another aspect of the present invention is a method of manufacturing a microporous structure having a plurality of microscale or nanoscale droplets formed by laser shock and heat transfer inside a polymer substrate, Providing a heat induction plate made of a metal therein and disposing a polymer substrate on an upper surface of the heat induction plate; Filling the interior of the chamber with an atmosphere liquid; Irradiating a laser beam with a focus at a position spaced a certain distance from the upper surface of the polymer substrate; An optical shock wave is generated from the upper side of the polymer substrate by the laser beam, and at the same time, the heat induction plate is heated to penetrate the polymer substrate outside the polymer substrate to form a plurality of droplets inside the polymer substrate do.

본 발명에 따르면, 펄스 레이저를 폴리머 기판 또는 폴리머 필름에 조사하여 광학 충격파와 열을 발생시키고, 이 때 발생하는 광학 충격파와 열을 에너지원으로 하여 주변에 형성되어 있던 분위기 가스를 순간적으로 폴리머 기판 또는 필름 내부의 지정된 위치로 침투시켜 폴리머 기판 또는 필름 내부에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공(pore)을 형성할 수 있다. According to the present invention, a pulsed laser is irradiated to a polymer substrate or a polymer film to generate optical shock waves and heat. Using the optical shock waves and heat generated at this time as energy sources, And penetrate into a designated position inside the film to form micro-scale or nanoscale pores inside the polymer substrate or film.

따라서 화학물질을 사용하지 않고 기공을 형성할 수 있고, 기공 형성 후 별도의 후처리를 필요로 하지 않으므로 가공 공정을 대폭 단축시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, it is possible to form pores without using a chemical substance, and there is no need for post-treatment after formation of pores, so that it is possible to drastically shorten the processing steps.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법에 의해 폴리머 기재 내에 기공이 형성되는 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법에 의해 만들어진 미세 다공성 구조체의 실시예들을 나타낸 개략적인 단면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법에 의해 만들어진 미세 다공성 구조체의 일 실시예에 대한 평면도 및 I-I선 단면도이다.
도 5는 폴리머 기재의 표면과 레이저 빔의 초점 간의 이격 거리에 따른 기공 형성 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 필름 형태로 된 폴리머 기재의 표면 외측에 펄스 레이저 빔을 조사하여 다수의 기공을 형성한 예를 나타낸 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 미세 다공성 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a microporous structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the principle of forming pores in a polymer substrate by the method of manufacturing a microporous structure according to the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a microporous structure made by the method of making a microporous structure according to the present invention.
4 is a plan view and a cross-sectional view taken along the line II of an embodiment of a microporous structure made by the method of manufacturing a microporous structure according to the present invention.
5 is a view showing a pore formation position according to a separation distance between the surface of the polymer substrate and the focal point of the laser beam.
6 is a SEM photograph showing an example in which a plurality of pores are formed by irradiating a pulsed laser beam to the outside of the surface of a polymer substrate in the form of a film.
7 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a microporous structure according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of a microporous structure and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 폴리머 필름이나 폴리머 기판과 같은 폴리머 기재의 내부에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공(pore)이 형성된 미세 다공성 구조체 및 그 제조방법으로서, 본 발명에 따른 미세 다공성 구조체를 제조하는 방법은, 폴리머 기재를 금속 재질의 열 유도판의 상부면에 배치하는 단계와; 상기 폴리머 기재의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에 초점을 맞추어 레이저 빔을 조사하여 충격파와 열을 발생시키는 단계를 포함한다. The present invention relates to a microporous structure in which microscale or nanoscale pores are formed inside a polymer substrate such as a polymer film or a polymer substrate, and a method for producing the same. The method for producing a microporous structure according to the present invention comprises: Disposing a substrate on a top surface of a heat induction plate made of a metal; And irradiating a laser beam with a focus at a position spaced a certain distance from the upper surface of the polymer substrate to generate shock waves and heat.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 다공성 구조체의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 챔버(1) 내부에 금속 재질의 열 유도판(10)을 설치하고 상기 열 유도판(10)의 상부면에 폴리머 기재(20)를 배치한다. 상기 챔버(1)는 상부면에 석영이나 유리 등의 투명한 재질로 된 윈도우(2)가 설치된 구조로 이루어진다. FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing a microporous structure according to an embodiment of the present invention. A heat induction plate 10 made of a metal is installed in a chamber 1, The polymer substrate 20 is placed. The chamber 1 has a window 2 formed of a transparent material such as quartz or glass on its upper surface.

그리고 상기 챔버(1) 내부를 공기, 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂) 등의 분위기 가스로 채운다. Then, the interior of the chamber 1 is filled with atmospheric gas such as air, carbon dioxide (CO ₂ ), or nitrogen (N ₂ ).

이어서, 챔버(C)의 상측에서 레이저 조사장치(미도시)를 수평 이동시키면서 폴리머 기재(20)를 향해 펄스 레이저 빔(pulsed laser beam)을 조사한다. 상기 레이저 조사장치에서 방출된 펄스 레이저 빔은 챔버(C) 상부면의 윈도우(W)를 통과하여 폴리머 기재(20)의 상부면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 초점이 맞춰진다. Then, a pulsed laser beam is irradiated toward the polymer substrate 20 while horizontally moving the laser irradiation device (not shown) above the chamber C. The pulsed laser beam emitted from the laser irradiation device passes through the window W on the upper surface of the chamber C and is focused at a position spaced from the upper surface of the polymer substrate 20 by a certain distance.

도 2를 참조하면, 상기 폴리머 기재(20)의 상부면 외측에 초점이 맞춰져 조사된 레이저 빔은 폴리머 기재(20)의 상측 외부에서 광학 충격파를 발생시킴과 동시에 폴리머 기재(20) 하측에 배치된 열 유도판(10)을 가열한다. 이 때 발생한 광학 충격파 및 열에 의해 폴리머 기재(20) 외부의 분위기 가스가 폴리머 기재(20) 내부로 순간적으로 침투하여 폴리머 기재(20) 내부에 0.001㎛ 이상의 크기를 갖는 다수의 기공(21)(pore)이 형성된다. 이와 같이 폴리머 기재(20) 내부에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 기공이 형성되는 원리에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 2, the laser beam focused and irradiated outside the upper surface of the polymer substrate 20 generates an optical shock wave outside the polymer substrate 20, and at the same time, The heat induction plate 10 is heated. Atmospheric gas outside the polymer substrate 20 instantaneously penetrates into the polymer substrate 20 by the optical shock waves and heat generated at this time and a large number of pores 21 having a size of 0.001 탆 or more are formed inside the polymer substrate 20 Is formed. The principle of formation of micro-scale or nanoscale pores in the polymer substrate 20 will be described in more detail as follows.

일반적인 고체 상태의 소재는 표면에 충격파가 발생하더라도 이에 의한 외부 물질이 침투될 수 없으며, 이를 위해서는 소재의 고유 물성치인 공정 온도(Processing Temperature)까지 가열되어야만 한다. 그러나 PP, PE, PMMA, PSU 등 많은 폴리머 소재는 극히 짧은 파장을 제외한(300nm 이상의 파장) 대부분의 레이저 빔을 흡수하지 않고 투과하여 공정 온도까지 상승하지 않으며, 이러한 폴리머 소재를 공정 온도까지 가열하기 위해서는 폴리머 기재(20)의 아랫면에 가공을 보조할 금속 재질의 열 유도판(10)을 위치시켜야 한다. 상기 열 유도판(10)은 침투한 가스가 관통하지 않도록 하는 완충재 역할과 함께 레이저 빔으로 전달할 수 없는 에너지를 대신 전달하는 열전달 매체의 역할을 수행하게 된다. 이 때 폴리머 기재(20)는 레이저 에너지를 충분히 투과할 만큼 투명하며, 열 유도판(10)은 사용되는 특정 파장대의 펄스 레이저 에너지를 흡수하여 충분한 온도까지 가열될 수 있는 소재가 사용되어야 한다. 구리는 355nm 파장의 레이저광을 흡수하여 표면이 충분한 온도로 가열 될 수 있기 때문에 상기 열 유도판(10)으로서의 기능을 수행할 수 있다. 그러나 적절한 열해석 과정을 통해 구리 이외의 다른 금속 소재도 열 유도판(10)으로서 채택할 수 있을 것이다. In general solid state materials, shock waves can not penetrate into the surface due to external shocks. For this purpose, they must be heated to the processing temperature, which is the unique property of the material. However, many polymer materials, such as PP, PE, PMMA, and PSU, do not absorb most of the laser beam except for very short wavelengths (wavelengths above 300 nm) and do not rise to the process temperature. To heat such polymer materials to process temperatures A metal heat-induction plate 10 is to be placed on the lower surface of the polymer substrate 20 to assist the processing. The heat induction plate 10 plays a role of a heat transfer medium that transfers energy that can not be transferred by the laser beam, as well as a shock absorber that prevents penetrated gas from penetrating. At this time, the polymer substrate 20 should be transparent enough to transmit the laser energy sufficiently, and the heat induction plate 10 should be made of a material capable of absorbing pulse laser energy of a specific wavelength band to be used and being heated to a sufficient temperature. The copper absorbs laser light having a wavelength of 355 nm and can function as the heat induction plate 10 because the surface can be heated to a sufficient temperature. However, a metal material other than copper may be adopted as the heat induction plate 10 through an appropriate thermal analysis process.

상술한 것과 같이 열 유도판(10) 상에 놓여진 폴리머 기재(20)의 상부면 외측에 초점이 맞춰져 레이저 빔이 조사되면, 레이저 빔은 흡수율이 낮고 투과율이 높은 폴리머 기재(20)에 열을 전달하지 못하고 폴리머 기재(20) 아래에 위치한 열 유도판(10)까지 도달하게 된다. 레이저빔의 에너지는 금속 재질로 된 열 유도판(10)에 흡수되어 이를 높은 온도로 가열시켜 열 영향부를 형성하게 된다. 가열된 열 유도판(10)은 열전도에 의해서 주변으로 열을 전파하게 되며, 이는 바로 위에 위치한 폴리머 기재(20)의 온도를 상승시키게 한다. 이 때 폴리머 기재(20)는 표면이 외부 물질(분위기 가스)이 침투 가능한 공정 온도에 도달할 때까지 가열되어야 하며, 요구되는 온도는 폴리머 기재(20)의 종류에 따라 다르며, 폴리머 기재(20)가 PP일 경우 135~182℃가 적절하다. When the laser beam is focused on the outside of the upper surface of the polymer substrate 20 placed on the thermal induction plate 10 as described above, the laser beam transmits heat to the polymer substrate 20 having a low water absorption rate and a high transmittance And reach the heat induction plate 10 located below the polymer substrate 20. [ The energy of the laser beam is absorbed by the heat induction plate 10 made of a metal material and heated to a high temperature to form a heat affected part. The heated heat induction plate 10 will propagate heat to the surroundings by heat conduction, which causes the temperature of the polymer substrate 20 located directly above it to rise. At this time, the polymer substrate 20 must be heated until the surface reaches a process temperature at which an external substance (atmospheric gas) can permeate, and the required temperature differs depending on the type of the polymer substrate 20, If PP is PP, 135 ~ 182 ℃ is appropriate.

상기 열 유도판(10)으로부터 폴리머 기재(20)에 열이 전달되어 폴리머 기재(20)가 가열되는 동안에도 폴리머 기재(20) 표면의 상측에서는 계속해서 펄스 레이저 빔에 의한 고압의 광학 충격파가 발생하고 있다. 따라서 폴리머 기재(20)가 공정 온도까지 상승하면 광학 충격파에 의해 분위기 가스가 폴리머 기재(20) 내부로 침투하게 되며, 침투된 분위기 가스는 레이저 빔의 짧은 에너지 전달 시간에 의해 빠져나오지 못하고 그대로 기공(21)을 생성하게 된다. 이 때 폴리머 기재(20)에 전달되는 광학 충격파의 강도는 매질의 종류와 밀도, 레이저의 강도와 이격거리에 의해 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 도 5에 도시한 것과 같이 다양한 깊이에 다양한 크기의 외부 물질을 침투시킬 수 있다.Even when heat is transferred from the heat induction plate 10 to the polymer substrate 20 and the polymer substrate 20 is heated, a high-pressure optical shock wave due to the pulse laser beam is continuously generated on the upper side of the surface of the polymer substrate 20 . Therefore, when the polymer substrate 20 is raised to the process temperature, the atmospheric gas penetrates into the polymer substrate 20 by the optical shock wave, and the permeated atmosphere gas can not escape due to the short energy transfer time of the laser beam, 21). In this case, the intensity of the optical shock wave transmitted to the polymer substrate 20 can be controlled by the kind and density of the medium, the intensity and the distance of the laser, It can penetrate foreign matter.

도 5에 도시한 것과 같이, 폴리머 기재(20)의 상부 표면으로부터 레이저 빔의 초점까지 이격된 거리(a)를 조절하여 폴리머 기재(20) 내부에서의 기공(21)의 위치(깊이)를 제어할 수 있는데, 실험 결과 폴리머 기재(20)의 상부 표면으로부터 레이저 빔의 초점까지 이격된 거리(a)가 멀어질수록 가스 침투거리(b)가 작아져 폴리머 기재(20) 내부에 형성되는 기공(21)의 위치(깊이)가 상부면에 근접하고, 이격 거리가 작아질수록 침투거리(b)가 커져 폴리머 기재(10) 내부에 형성되는 기공(21)의 위치(깊이)가 깊어지는 것으로 확인되었다. 이는 초점의 이격거리(a)가 작아질수록 충격파의 에너지가 커지기 때문이다. 이러한 원리를 이용하여 하나의 폴리머 기재(20)에 다층으로 기공(21)을 형성할 수 있다. 상기 폴리머 기재(20)의 상부면으로부터 레이저 빔의 초점까지 이격된 거리(a)는 폴리머 기재(20) 두께(h)의 0.001배 이상인 것이 바람직하다. The distance (a) from the upper surface of the polymer substrate 20 to the focal point of the laser beam can be adjusted to control the position (depth) of the pores 21 inside the polymer substrate 20, As a result of the experiment, as the distance a from the upper surface of the polymer substrate 20 to the focal point of the laser beam is further away, the gas penetration distance b becomes smaller and the pore formed in the polymer substrate 20 (Depth) of the pores 21 is closer to the upper surface and the penetration distance b becomes larger as the separation distance becomes smaller, thereby deepening the position (depth) of the pores 21 formed in the polymer substrate 10 . This is because the energy of the shock wave becomes larger as the separation distance (a) of the focus becomes smaller. By using this principle, it is possible to form pores 21 in multiple layers on a single polymer substrate 20. The distance a from the top surface of the polymer substrate 20 to the focal point of the laser beam is preferably at least 0.001 times the thickness h of the polymer substrate 20.

또한 상기 레이저 빔의 강도를 조절하여 폴리머 기재(20) 내부에 형성되는 기공(21)의 크기를 제어할 수 있는데, 레이저 빔의 강도를 크게 할수록 기공(21)의 크기는 커진다. 즉, 레이저 빔의 강도와 기공(21)의 크기는 비례한다. Also, the size of the pores 21 formed in the polymer substrate 20 can be controlled by controlling the intensity of the laser beam. The larger the intensity of the laser beam, the larger the size of the pores 21. That is, the intensity of the laser beam and the size of the pores 21 are proportional to each other.

그리고 상기 열 유도판(10)의 두께(t)는 폴리머 기재(20) 두께(h)의 0.001배 이상인 것이 바람직하다. And the thickness t of the heat induction plate 10 is preferably at least 0.001 times the thickness h of the polymer substrate 20. [

이와 같이 본 발명은 금속 재질의 열 유도판(10) 상에 폴리머 기재(20)를 배치하고, 폴리머 기재(20)의 표면 외측에 레이저 빔의 초점을 맞추어 고압의 광학 충격파를 발생시킴과 동시에 열 유도판(10)을 통해 열을 발생시킴으로써 폴리머 기재(20)의 내부로 분위기 가스가 침투하도록 하여 폴리머 기재(20) 내부에 기공(21)을 원하는 크기와 위치에 형성할 수 있다. 도 6은 이산화탄소(CO2)가 채워진 챔버(1) 내부에서 50㎛ 두께의 필름 형태로 된 PP 재질의 폴리머 기재(20) 표면 외측에 펄스 레이저 빔을 조사하여 폴리머 기재(20) 내부로 이산화탄소(CO2)를 침투시켜 10~20㎛ 크기의 다수의 기공을 형성한 SEM 사진이다. 도 6에 도시된 것과 같이 폴리머 기재(20) 내부로 가스가 침투했음에도 불구하고 닫히 형태를 가짐을 볼 수 있다. As described above, according to the present invention, the polymer substrate 20 is disposed on the heat induction plate 10 made of a metal, the laser beam is focused on the outer surface of the polymer substrate 20 to generate a high-pressure optical shock wave, By generating heat through the induction plate 10, the atmosphere gas is allowed to permeate into the polymer substrate 20, so that the pores 21 can be formed in the desired size and position within the polymer substrate 20. [ 6 shows a state in which a pulsed laser beam is irradiated outside the surface of a polymer substrate 20 made of a PP material in the form of a film having a thickness of 50 탆 in a chamber 1 filled with carbon dioxide (CO 2) ) To form a large number of pores having a size of 10 to 20 mu m. It can be seen that the gas permeates into the polymer substrate 20 as shown in FIG.

이러한 본 발명의 미세 다공성 구조체는 물은 기공(20)을 통과하지 못하고, 가스, 열, 음파와 빛 등의 물질파는 기공(20)을 통과할 수 있도록 하여 기존보다 우수한 방수성과, 발수성 표면, 표면적 증가, 낮은 유전율 등을 구현하게 된다. In the microporous structure of the present invention, the water can not pass through the pores 20 and the material waves such as gas, heat, sound waves and light can pass through the pores 20, and the waterproofness, And low dielectric constant.

이러한 본 발명의 미세 다공성 구조체는 이동통신 단말기의 스피커나 배터리 등에 방수 기능을 부여하는 방수 필름이나 통기성 필름, 음식물 포장재 등은 물론이고, 전자·전기 및 바이오 센서, 3차원 발포 프린팅, 반도체용 저유전 박막, 단열재, 흡음재 등에도 많은 다양한 분야에 유용하게 적용할 수 있다. The microporous structure of the present invention can be applied to various applications such as a waterproof film, a breathable film, a food packaging material, and the like for providing a waterproof function to a speaker or a battery of a mobile communication terminal, Thin films, heat insulating materials, sound absorbing materials, and the like.

전술한 실시예에서는 열 유도판(10) 상에 한 장의 폴리머 기재(20)를 배치하여 기공(21)을 형성하고 있으나, 이와 다르게 열 유도판(10) 상에 복수개의 폴리머 기재(20)를 서로 겹쳐지게 배치하여 각각의 폴리머 기재(20)의 원하는 위치에 기공(21)이 3차원 구조물로 형성되게 할 수도 있을 것이다. A single polymer substrate 20 is disposed on the heat induction plate 10 to form the pores 21. Alternatively, a plurality of polymer substrates 20 may be provided on the heat induction plate 10, The pores 21 may be formed as a three-dimensional structure at desired positions of the respective polymer substrates 20 by overlapping each other.

한편, 전술한 실시예에서는 폴리머 기재(20)의 내부에 가스를 침투시켜 기공(21)을 형성하였으나, 이와 다르게 폴리머 기재(20)의 내부에 액체를 침투시켜 액적을 형성할 수도 있을 것이다. Although the pores 21 are formed by penetrating the inside of the polymer substrate 20 in the above-described embodiment, the liquid pores 21 may be formed by penetrating the inside of the polymer substrate 20.

즉, 챔버(1) 내부에 분위기 가스 대신 분위기 액체를 채워 넣고, 전술한 것과 같이 열 유도판(10) 상에 폴리머 기재(20)를 배치한 다음, 폴리머 기재(20)의 표면 외측에 초점을 맞추어 펄스 레이저 빔을 조사하면 전술한 것과 같이 충격파 및 열에 의해 액체가 폴리머 기재(20)의 내부로 침투하여 폴리머 기재(20) 내부에 다수의 액적이 형성된다. That is, the chamber 1 is filled with the atmosphere liquid instead of the atmosphere gas, and the polymer substrate 20 is disposed on the thermal induction plate 10 as described above. Then, the polymer substrate 20 is focused on the outside of the surface of the polymer substrate 20 When the pulsed laser beam is irradiated, the liquid penetrates into the polymer substrate 20 by the shock wave and the heat as described above, and a large number of droplets are formed in the polymer substrate 20.

상기 액적의 크기 및 형성 위치는 전술한 것과 같이 펄스 레이저 빔의 초점 위치와 강도를 조절함으로써 제어될 수 있다. The size and formation position of the droplet can be controlled by adjusting the focal position and intensity of the pulsed laser beam as described above.

또한 전술한 실시예에서는 일정 크기의 폴리머 기재(20)를 열 유도판(10)에 안착시키고 펄스 레이저 빔을 조사하여 기공(21) 또는 액적을 형성하고 있지만, 도 7에 도시한 것과 같이 열 유도판(10)의 일측에 폴리머 기재(20)가 권취되는 피딩롤(30)을 설치하고, 그 반대편에 폴리머 기재(20)의 일단부 연결되어 권취되는 회수롤(40)을 설치하여, 상기 회수롤(40)이 일방향으로 일정한 속도로 회전하면서 폴리머 기재(20)를 와 일정한 장력으로 열 유도판(10) 상에서 수평 이동시키고, 상기 열 유도판(10) 상의 폴리머 기재(20)에 펄스 레이저 빔을 조사하여 폴리머 기재(20)에 기공(21)을 연속적으로 형성할 수도 있다. In the above-described embodiment, the polymer substrate 20 of a predetermined size is placed on the heat induction plate 10 and the pulsed laser beam is irradiated to form the pores 21 or droplets. However, as shown in Fig. 7, There is provided a feeding roll 30 on which a polymer base material 20 is wound on one side of a plate 10 and a recovery roll 40 on the opposite side of which a one end of a polymer base material 20 is wound and wound, The polymer substrate 20 is horizontally moved on the thermal induction plate 10 with a certain tension force while the roll 40 is rotated at a constant speed in one direction and the polymer base material 20 on the thermal induction plate 10 is irradiated with a pulsed laser beam The pores 21 may be formed continuously in the polymer substrate 20. [

이 때 폴리머 기재(20)에 인가되는 장력을 조절하여 폴리머 기재(20)를 연신한 상태에서 폴리머 기재(20) 내에 기공(21)을 형성하면, 회수롤(40)에 권취되는 폴리머 기재(20)의 최종적인 기공(21)의 형태를 상하로 길어진 타원 형태로 형성할 수 있을 것이다. When the pores 21 are formed in the polymer substrate 20 while the polymer substrate 20 is stretched by adjusting the tension applied to the polymer substrate 20 at this time, the polymer substrate 20 wound around the recovery roll 40 The shape of the final pores 21 in the upper and lower portions may be formed as an elongated elliptical shape.

이와 같이 피딩롤(30)과 회수롤(40)을 통해 폴리머 기재(20)를 지속적으로 이동시키면서 폴리머 기재(20)의 지정된 위치에 기공(21) 또는 액적을 형성시킴으로써 미세 다공성 구조체를 연속적으로 대량 생산할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다. By continuously moving the polymer substrate 20 through the feeding roll 30 and the recovery roll 40 as described above, the pores 21 or droplets are formed at designated positions of the polymer substrate 20, And productivity can be improved.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

1 : 챔버 2 : 윈도우
10 : 열 유도판 20 : 폴리머 기재
21 : 기공 30 : 피딩롤
40 : 회수롤
a : 폴리머 기재 상부 표면으로부터 레이저 빔의 초점까지의 이격거리
b : 침투거리(깊이)
h : 폴리머 기재의 두께
t : 열 유도판의 두께1: chamber 2: window
10: heat induction plate 20: polymer substrate
21: pore 30: feeding roll
40: recovery roll
a: the distance from the polymer substrate top surface to the focal point of the laser beam
b: penetration distance (depth)
h: thickness based on polymer
t: thickness of the heat induction plate

Claims

Wherein the microporous structure comprises a plurality of microscale or nanoscale pores or droplets formed by laser shock and heat transfer inside the polymer substrate.

A method of making a microporous structure according to claim 1,
Disposing a polymer substrate (20) on a top surface of a thermal guide plate (10) made of a metal;
Irradiating a laser beam with a focus at a position spaced a certain distance from the upper surface of the polymer substrate (20);
An optical shock wave is generated from the outside of the polymer substrate 20 by the laser beam and the heat induction plate 10 is heated so that the gas outside the polymer substrate 20 penetrates into the polymer substrate 20, Wherein a plurality of pores (21) (pores) are formed in the substrate (20).

3. The method of claim 2, wherein the laser beam is a pulsed laser beam.

3. A method according to claim 2, characterized in that the polymer substrate (20) and the thermal induction plate (10) are installed in a chamber (1) filled with atmospheric gas and the laser beam is passed through a transparent window Is irradiated to the inside of the chamber (1).

3. The method of claim 2, wherein the laser irradiator for irradiating the laser beam irradiates the laser beam at a designated position of the polymer substrate (20) while moving horizontally relative to the polymer substrate (20).

The method of claim 2, wherein the thickness (t) of the heat induction plate (10) is at least 0.001 times the thickness (h) of the polymer substrate (20).

The method of claim 2, wherein the distance (a) between the upper surface of the polymer substrate (20) and the focal point of the laser beam is adjusted to control the position (depth) of the pores (21) formed in the polymer substrate Wherein the microporous structure has a thickness of at least 10 microns.

10. The method of claim 8, wherein the distance a from the top surface of the polymer substrate 20 to the focal point of the laser beam is at least 0.001 times the thickness h of the polymer substrate 20. < Way.

3. The method of claim 2, wherein the intensity of the laser beam is controlled to control the size of the pores (21) formed in the polymer substrate (20).

A process according to claim 2, wherein the polymer substrate (20) is wound on a feeding roll (30) and one end of the polymer substrate (20) wound on the feeding roll (30) is connected to a recovery roll 40) is rotated in one direction so that the polymer base material (20) is wound with a predetermined tension, and the pores (21) are continuously formed in the polymer base material (20) by irradiating the laser beam.

The method according to claim 10, wherein the pores (21) are formed in an elliptical shape by controlling the tension applied to the polymer substrate (20) and the polymer substrate (20) Of the microporous structure.

3. The method of claim 2, wherein the polymer substrate (20) is superimposed on the polymer substrate (20) so that the pores (21) are formed in a three-dimensional structure.

A method of manufacturing a microporous structure having a plurality of microscale or nanoscale droplets formed by laser shock and heat transfer inside a polymer substrate,
Providing a thermally conductive plate (10) made of a metal in a chamber (1) and disposing a polymer substrate (20) on an upper surface of the thermally conductive plate (10);
Filling the interior of the chamber 1 with an atmosphere liquid;
Irradiating a laser beam with a focus at a position spaced a certain distance from the upper surface of the polymer substrate (20);
An optical shock wave is generated from the outside of the polymer substrate 20 by the laser beam and the heat induction plate 10 is heated so that the atmospheric liquid outside the polymer substrate 20 penetrates into the polymer substrate 20, Wherein a plurality of droplets are formed in the substrate (20).