KR20160080132A - 3-dimensional stretchable network structures - Google Patents

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Abstract

A 3D stretchable network structure comprises: a 3D porous elastic body including a pattern periodically distributed in a net form; and a reclamation pattern for filling pores included in the 3D porous elastic body. Provided is the 3D stretchable network structure, having novel optical properties.

Description

3차원 신축성 네트워크 구조체{3-DIMENSIONAL STRETCHABLE NETWORK STRUCTURES}3-DIMENSIONAL STRETCHABLE NETWORK STRUCTURES < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 3차원 신축성 네트워크 구조체와 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 복층 구조의 3차원 신축성 네트워크 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional stretch network structure. More particularly, the present invention relates to a three-dimensional stretch network structure of a multi-layer structure.

최근, 3차원 패터닝 기술들이 다양하게 개발됨에 따라, 나노/마이크로미터 수준에서 정밀하게 제어된 인공적인 3차원 패턴 형성이 구현되고 있다. 이에 따라, 이론적으로만 제안되었던 광결정(photonic crystal), 초격자(superlattice), 메타소재(metamaterials)와 같은 신소재들이 실험적으로 구현 가능하게 되었다. 상기 3차원 패턴을 포함하는 신소재는 주기성(periodicity), 다공성(porosity) 또는 높은 비표면적과 같은 특성을 가지므로, 기존의 디스플레이, 태양전지, 배터리와 같은 2차원적 평면소자에서 발생하였던 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시하고 있다.Recently, as 3D patterning techniques have been developed variously, artificial three-dimensional pattern formation precisely controlled at the nano / micrometer level has been realized. As a result, new materials such as photonic crystals, superlattices, and metamaterials, which have been theoretically proposed, can be experimentally implemented. Since the new material including the three-dimensional pattern has properties such as periodicity, porosity, or high specific surface area, it is possible to overcome the limitations that have arisen in a two-dimensional plane device such as a conventional display, And the possibility of doing so.

예를 들면, 일부 문헌(예를 들면, Nature Commun., 3, 916, 2012)에서는 고무와 같은 탄성 소재를 이용하여 3차원 구조를 형성하는 경우, 네트 워크 내에 포함된 연결부들이 인장 방향과 평행하게 회전하면서 물질 고유 한계 이상의 신축성이 구현됨을 개시하고 있다.For example, in some documents ( Nature Commun. , 3, 916, 2012), for example, when a three-dimensional structure is formed using an elastic material such as rubber, the connecting portions included in the network are parallel to the tensile direction And the elasticity over the material inherent limit is realized while rotating.

본 발명의 일 과제는 신규한 광학적 특성을 갖는 3차원 신축성 네트워크 구조체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional stretch network structure having novel optical properties.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체는 주기적인 망상으로 분포된 패턴을 포함하는 3차원 다공성 탄성체, 및 상기 3차원 다공성 탄성체에 포함된 기공들을 채우는 매립 탄성체 패턴을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional elastic network structure including a three-dimensional porous elastic body including a periodically distributed pattern, Lt; RTI ID = 0.0 > pores < / RTI >

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴은 폴리머 계열의 탄성체를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the three-dimensional porous elastomer and the embedding pattern may comprise polymeric elastomers.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴은 PDMS를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the three-dimensional porous elastomer and the embedding pattern may comprise PDMS.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴의 계면부에는 인장력에 따라 사이즈가 변화하는 에어 갭이 생성될 수 있다. 상기 에어 갭의 상기 사이즈 변화에 따라 투과도가 조절될 수 있다.According to exemplary embodiments, an air gap may be generated in the interface portion of the three-dimensional porous elastic body and the embedding pattern, the size of which varies according to a tensile force. The permeability can be adjusted according to the size change of the air gap.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 매립 패턴은 압전소재, PDLC, 액정 물질 또는 나노 입자 분산체를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the embedding pattern may comprise a piezoelectric material, a PDLC, a liquid crystal material, or a nanoparticle dispersion.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 3차원 다공성 탄성체의 인장에 따라 상기 매립 패턴에 포함된 입자 또는 분자의 배향이 변화하여, 투과도가 조절될 수 있다.According to exemplary embodiments, the orientation of the particles or molecules included in the embedding pattern may be changed according to the tensile of the three-dimensional porous elastic body, so that the transmittance can be adjusted.

상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 예를 들면 PDMS를 포함하며, 서로 맞물리도록 적층되며 나노 스케일의 주기적 패턴을 갖는 3차원 다공성 탄성체 및 매립 패턴을 포함한 3차원 신축성 네트워크 구조체가 제조될 수 있다. 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴의 계면에서 인장력에 의해 에어 갭의 사이즈가 변화되거나, 상기 매립 패턴에 포함된 입자 배향이 변화될 수 있으며, 이에 따라 투광도가 조절될 수 있다. 따라서, 부가적인 에너지의 공급 없이 투광도 조절이 가능하며 신축 특성을 갖는 광학 필름이 제조될 수 있다.As described above, according to exemplary embodiments of the present invention, there is provided a three-dimensional stretch network structure including a PDMS, a three-dimensional porous elastic body laminated to mesh with each other and having a nanoscale periodic pattern, and a buried pattern . The size of the air gap may be changed by the tensile force at the interface between the three-dimensional porous elastic body and the embedding pattern, or the particle orientation included in the embedding pattern may be changed, thereby controlling the transmittance. Thus, an optical film capable of controlling the transmittance without additional energy supply and having stretching properties can be produced.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 제조에 사용되는 폴리머 주형을 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 이미지이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체에 포함된 탄성패턴들 사이의 에어 갭을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체를 이용한 투명도 변화를 나타내는 디지털 이미지들이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 기계적 인장에 따른 투광도 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 반복적 인장 사이클에 따른 투광도 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing a three-dimensional elastic network structure according to exemplary embodiments.
2 is a Scanning Electron Microscope (SEM) image illustrating a polymer template used in the fabrication of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments.
3 is a cross-sectional view schematically illustrating an air gap between elastic patterns included in a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments.
Figure 4 is digital images illustrating transparency changes using a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments.
FIG. 5 is a graph showing changes in translucency according to the mechanical tension of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments. FIG.
FIG. 6 is a graph illustrating changes in translucency according to repeated tensile cycles of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, a three-dimensional elastic network structure according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ", or" having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, , Steps, operations, elements, or combinations thereof, as a matter of principle, without departing from the spirit and scope of the invention.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 제조에 사용되는 폴리머 주형을 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 이미지이다.1 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing a three-dimensional elastic network structure according to exemplary embodiments. 2 is a Scanning Electron Microscope (SEM) image illustrating a polymer template used in the fabrication of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments.

예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체를 제조하기 위해, 먼저 기판 상에 포토레지스트 층을 형성할 수 있다. To fabricate a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments, a photoresist layer may first be formed on the substrate.

상기 기판은 상기 포토레지스트 층을 형성하기 위한 지지체로 제공될 수 있다. 기판 재질은 특별하게 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 자외선 영역의 빛에 대해 낮은 반사율을 가지며, 후속 공정에서 폴리머 주형을 제거하기 위해 유기 용매에 대한 내성을 갖는 재질을 선택할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판으로서 커버 글라스, 슬라이드 글라스와 같은 유리 기판을 이용할 수 있다. The substrate may be provided as a support for forming the photoresist layer. The substrate material is not particularly limited, but it is possible to select a material having a low reflectance to light in the ultraviolet region, for example, and having resistance to an organic solvent in order to remove the polymer template in a subsequent process. In some embodiments, a glass substrate such as a cover glass or a slide glass can be used as the substrate.

일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 상에 반사방지층(anti-reflection layer)을 더 형성할 수도 있다. In some embodiments, an anti-reflection layer may be further formed on the substrate.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 포토레지스트 층은 네거티브 톤(negative tone)의 포토레지스트 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 포토레지스트 층은 상기 네거티브 톤의 포토레지스트 물질을 상기 기판 상에 스핀 코팅 공정을 통해 도포하여 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the photoresist layer may be formed using a photoresist material of negative tone. For example, the photoresist layer may be formed by applying the negative tone photoresist material onto the substrate through a spin coating process.

일부 실시예들에 있어서, 상기 포토레지스트 층을 형성하기 전에 상기 기판 상에 전처리(pre-treatment)를 수행할 수 있다. 상기 전처리는 예를 들면, 에어-플라즈마(air-plasma) 처리를 포함할 수 있다. 상기 전처리에 의해 상기 기판 표면이 세정 처리됨과 동시에 친수성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 물질 및 상기 기판 표면 사이의 친화도가 향상될 수 있다.In some embodiments, pre-treatment may be performed on the substrate prior to forming the photoresist layer. The pretreatment may include, for example, an air-plasma treatment. By the pretreatment, the surface of the substrate can be cleaned and hydrophilicity can be improved. Thus, the affinity between the photoresist material and the surface of the substrate can be improved.

이후, 상기 포토레지스트 층을 패터닝하여 다공성 구조를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. Thereafter, the photoresist layer is patterned to form a photoresist pattern having a porous structure.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 패터닝 공정을 위해 근접장 나노패터닝(Proximity nano-patterning: PnP) 방법을 활용할 수 있다.According to exemplary embodiments, a proximity nano-patterning (PnP) method may be utilized for the patterning process.

상기 PnP 방법에 있어서, 위상 마스크에 투과되는 빛의 간섭 현상으로부터 발생된 주기적인 3차원 분포가 활용되어 고분자 물질이 패터닝될 수 있다. 예를 들면, 표면에 요철 격자 구조가 형성된 유연한 탄성체 기반의 위상 마스크를 포토레지스트 위에 접촉시키면 반 데르 발스(Van der Waals) 힘에 기반하여 상기 위상 마스크가 자연적으로 상기 포토레지스트 표면에 밀착할 수 있다. 상기 위상 마스크의 격자 주기와 유사한 범위의 파장을 갖는 레이저를 상기 위상 마스크 표면에 조사하면 탈봇 효과에 의해 3차원적인 빛의 분포가 형성될 수 있다. 네거티브 톤의 포토레지스트를 사용하는 경우, 보강 간섭으로 빛이 강하게 형성된 부분만 선택적으로 포토레지스트의 가교가 일어나고 상대적으로 빛이 약한 나머지 부분은 가교를 위한 노광량(exposure dose)이 충분하지 못하기 때문에 현상(developing) 과정에서 용해되어 제거될 수 있다. 최종적으로 건조(drying) 과정을 거치면 상기 레이저의 파장 및 상기 위상 마스크의 디자인에 따라 수 백 나노미터(nm) ~ 수 마이크로미터(μm) 수준의 주기적인 3차원 구조가 네트워크로 연결된 다공성 고분자 소재가 형성될 수 있다.In the PnP method, the polymer material can be patterned by utilizing the periodic three-dimensional distribution generated from the interference phenomenon of light transmitted through the phase mask. For example, if a flexible, elastomer-based phase mask having a concavo-convex lattice structure on its surface is brought into contact with the photoresist, the phase mask can naturally come into contact with the photoresist surface based on Van der Waals forces . When a laser having a wavelength in a range similar to the lattice period of the phase mask is irradiated on the phase mask surface, a three-dimensional light distribution can be formed by the Talbot effect. When a negative tone photoresist is used, crosslinking of the photoresist selectively occurs only in a part where light is strongly formed due to constructive interference, and the remaining part where light is weak is insufficient in exposure dose for crosslinking it can be dissolved and removed in the developing process. When a drying process is finally performed, a porous polymer material having a periodic three-dimensional structure having a network of several hundred nanometers (nm) to several micrometers (μm) depending on the wavelength of the laser and the design of the phase mask is connected .

상술한 PnP 방법을 활용하여, 상기 기판 상에 형성된 상기 포토레지스트 층을 패터닝하여 예를 들면, 주기적인 3차원 다공성 나노구조 패턴을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있다.Using the above-described PnP method, the photoresist layer formed on the substrate may be patterned to form a photoresist pattern having, for example, a periodic three-dimensional porous nanostructured pattern.

일부 실시예들에 있어서, 단차 구조가 포함된 위상 마스크를 상기 기판 상에 코팅된 상기 포토레지스트 층과 원자스케일에서 콘포말(conformal) 접촉시킨 후, 상기 위상 마스크 상부에서 평행 시준된 자외선 레이저를 수직으로 조사하여 노광 공정을 수행할 수 있다. 상기 위상 마스크의 상기 단차 구조에 의한 입사광의 보강간섭과 상쇄간섭에 의해 상기 포토레지스트 층 내에 주기적인 3차원 분포가 형성될 수 있다.In some embodiments, a phase mask including a step structure is conformally contacted with the photoresist layer coated on the substrate at an atomic scale, and then a parallel collimated ultraviolet laser is applied vertically So that the exposure process can be performed. A periodic three-dimensional distribution can be formed in the photoresist layer by constructive interference and destructive interference of incident light caused by the step structure of the phase mask.

노광된 상기 포토레지스트 층을 현상액(developer)에 넣게 되면, 상대적으로 약하게 노광된 부분은 용해되며, 상대적으로 강하게 노광된 부분은 잔류할 수 있다. 이후, 예를 들면, 공기 중 건조를 통해 주기적인 3차원 다공성 나노구조 패턴을 갖는 상기 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴은 실질적으로 폴리머 주형으로 제공될 수 있다(도 2 참조).When the exposed photoresist layer is put into a developer, the relatively weakly exposed portions are dissolved, and the relatively strongly exposed portions may remain. Thereafter, the photoresist pattern having a periodic three-dimensional porous nanostructure pattern can be formed through, for example, air drying. The photoresist pattern may be provided as a substantially polymeric mold (see FIG. 2).

이후, 형성된 상기 포토레지스트 패턴을 상기 폴리머 주형으로 사용하여 제1 액상 탄성체를 주입할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 액상 탄성체를 상기 포토레지스트 패턴 상에 주입할 수 있다. 이후, 스핀 코팅 공정 등을 통해 상기 제1 액상 탄성체의 상부면을 평탄화할 수 있으며, 데시케이터와 진공 펌프 등을 이용한 진공 처리를 통해 상기 포토레지스트 패턴 내에 포함된 예를 들면, 나노 스케일의 기공을 빈틈없이 함침시킬 수 있다. 상기 제1 액상 탄성체는 투명 수지 물질을 포함할 수 있다. 함침 가능한 상기 제1 액상 탄성체의 예로서 PDMS, PUA, PFPE, PE 등을 들 수 있다. Then, the first liquid-phase elastomer can be injected using the formed photoresist pattern as the polymer mold. According to exemplary embodiments, the first liquid elastomer can be injected onto the photoresist pattern. Thereafter, the upper surface of the first liquid elastomer can be planarized through a spin coating process or the like. Vacuum treatment using a desiccator, a vacuum pump, or the like, for example, a nanoscale pore Can be impregnated tightly. The first liquid elastomer may include a transparent resin material. Examples of the impregnable first liquid elastomer include PDMS, PUA, PFPE, and PE.

일부 실시예들에 있어서, 소정의 기능성을 부여하기 위해 필요에 따라 전도성 나노입자, 탄소나노튜브, 자성 나노입자, 반도체 물질 등을 상기 제1 액상 탄성체에 첨가할 수도 있다.In some embodiments, conductive nanoparticles, carbon nanotubes, magnetic nanoparticles, semiconductor materials, and the like may be added to the first liquid elastomer as needed to impart desired functionality.

이어서, 상기 제1 액상 탄성체의 종류 및 공정 조건을 고려하여 적절한 열 처리, 자외선 처리 등의 후처리를 통해 고상의 탄성체 박막을 형성할 수 있다. Subsequently, a solid elastomeric thin film can be formed through appropriate heat treatment, post-treatment such as ultraviolet treatment in consideration of the kind of the first liquid elastomer and the process conditions.

상기 포토레지스트 패턴 상에 형성된 상기 고상의 탄성체 박막을 예를 들면, 주형 리무버(remover) 내에 주입하여, 상기 기판과 함께 상기 포토레지스트 패턴이 제거될 수 있다. 예를 들면, 아세톤, 에탄올, NMP, DMSO, 현상액과 같은 유기 용매가 상기 포토레지스트 패턴 제거를 위해 사용될 수 있으며, 상기 유기 용매 내에 상기 포토레지스트 패턴이 역으로 전사된 역상의 3차원 다공성 탄성체(10, 도 1 참조)가 형성되어 상기 유기 용매 상에 떠오를 수 있다.The solid state elastic thin film formed on the photoresist pattern may be injected into a mold remover, for example, and the photoresist pattern may be removed together with the substrate. For example, an organic solvent such as acetone, ethanol, NMP, DMSO, developer can be used for removing the photoresist pattern, and the reversed-phase three-dimensional porous elastic body 10 , See FIG. 1) may be formed and floated on the organic solvent.

이후, 3차원 다공성 탄성체(10)를 상기 유기 용매로부터 회수하여, 공기 및/또는 가시광선을 이용해 건조시킬 있다. 예를 들면, 건조과정에서 발생하는 나노 구조의 손상을 막기 위하여 스핀 건조기, 초임계 건조기 등이 사용될 수 있다. Thereafter, the three-dimensional porous elastic body 10 is recovered from the organic solvent and dried using air and / or visible light. For example, spin dryers, supercritical dryers, and the like can be used to prevent damage to the nanostructures generated during the drying process.

획득된 3차원 다공성 탄성체(10) 상에 제2 액상 탄성체를 함침시킬 수 있다. 이 경우, 3차원 다공성 탄성체(10)가 실질적으로 다시 주형으로 작용할 수 있다.The second liquid elastomer can be impregnated on the obtained three-dimensional porous elastic body 10. In this case, the three-dimensional porous elastic body 10 may substantially function as a mold again.

예시적인 실시예들에 따르면, 3차원 다공성 탄성체(10) 상에 상기 제2 액상 탄성체를 함침시킨 후, 데시케이터, 진공 펌프 등을 이용하여 진공 처리함으로써 3차원 다공성 탄성체(10) 내에 포함된 나노 스케일의 기공을 빈틈없이 함침시킬 수 있다. 함침 가능한 상기 제2 액상의 탄성체로서 PDMS, PUA, PFPE, PE등을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 액정, 전도성 나노입자, 탄소나노튜브, 자성 나노입자, 반도체 물질 등을 상기 제2 액상의 탄성체에 첨가함으로써 소정의 기능성을 부여할 수도 있다. According to exemplary embodiments, after the second liquid elastomer is impregnated on the three-dimensional porous elastic body 10, it is vacuum-processed by using a desiccator, a vacuum pump, or the like, It is possible to impregnate nanoscale pores without any gaps. PDMS, PUA, PFPE, PE or the like may be used as the second liquid-phase elastomer which can be impregnated. In some embodiments, certain functionality may be imparted by adding liquid crystals, conductive nanoparticles, carbon nanotubes, magnetic nanoparticles, semiconductor materials, etc. to the second liquid elastomer.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 액상 탄성체 및 상기 제2 액상 탄성체는 실질적으로 동일한 물질을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 액상 탄성체로서 PDMS를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 액상 탄성체 및 상기 제2 액상 탄성체는 서로 상이한 투명 수지 물질을 포함할 수도 있다.According to exemplary embodiments, the first liquid elastomer and the second liquid elastomer may use substantially the same material. In some embodiments, PDMS can be used as the first and second liquid elastomers. In some embodiments, the first liquid elastomer and the second liquid elastomer may comprise transparent resin materials that are different from each other.

이후, 소정의 건조 공정을 통해 3차원 다공성 탄성체(10) 및 상기 3차원 다공성 탄성체(10)의 예를 들면, 나노 패턴과 맞물리도록 형성된 매립 패턴(15)을 포함하는 3차원 신축성 네트워크 구조체(20, 도 1 참조)가 형성될 수 있다.Thereafter, the three-dimensional porous elastic body 10 and the three-dimensional stretchable network structure 20 including the embedding pattern 15 formed to engage with, for example, the nano-pattern of the three-dimensional porous elastic body 10 through a predetermined drying process , See Fig. 1) can be formed.

예시적인 실시예들에 있어서, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)는 실질적으로 서로 동종의 탄성체로부터 형성된 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)을 포함할 수 있다. 매립 패턴(15)은 3차원 다공성 탄성체(10)에 포함된 기공 내부를 실질적으로 빈틈 없이 채울 수 있으며, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)는 실질적으로 복연속성(bicontinuous) 구조를 가질 수 있다.In the exemplary embodiments, the three-dimensional stretch network structure 20 may comprise a three-dimensional porous elastomer 10 and a buried pattern 15 formed from substantially the same kind of elastomer. The embedding pattern 15 may fill substantially the voids of the pores contained in the three dimensional porous elastomer 10 and the three dimensional stretch network structure 20 may have a substantially bicontinuous structure.

서로 동일한 탄성체 물질, 예를 들면 PDMS를 사용하여 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)을 형성하는 경우, 두 패턴 사이의 경계면에서 발생하는 원하지 않는 산란을 감소시킬 수 있다.When the three-dimensional porous elastic body 10 and the embedding pattern 15 are formed using the same elastomer material, for example, PDMS, undesired scattering occurring at the interface between the two patterns can be reduced.

일부 예시적인 실시예들에 있어서, 매립 패턴(15) 형성을 위해 상기 제2 액상 탄성체 대신, 압전소재, PDLC(Polymer-Dispersed Liquid Crystal), 액정 물질, 나노 입자 분산체 등을 사용할 수도 있다. 이 경우, 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)은 서로 상이한 종류의 물질을 포함할 수 있다.In some exemplary embodiments, a piezoelectric material, a polymer-dispersed liquid crystal (PDLC), a liquid crystal material, a nanoparticle dispersion, or the like may be used instead of the second liquid elastomer in order to form the embedding pattern 15. [ In this case, the three-dimensional porous elastic body 10 and the embedding pattern 15 may include materials of different kinds.

도 1의 점선 사각형 내에 도시된 바와 같이, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)는 인장력을 통해 신장 및 이완이 반복될 수 있다. 이 경우, 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)의 계면이 변화함에 따라 투광도가 변화할 수 있다. 따라서, 기계적 힘으로 투광도를 조절할 수 있는 광학필름이 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)를 통해 수득될 수 있다.As shown in the dashed squares of Fig. 1, the three-dimensional stretch network structure 20 can be stretched and relaxed through tensile forces. In this case, the transmittance may change as the interface between the three-dimensional porous elastic body 10 and the buried pattern 15 changes. Thus, an optical film capable of adjusting the transmittance with mechanical force can be obtained through the three-dimensional stretch network structure 20 according to the exemplary embodiments.

예를 들면, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)에 인장응력을 가하는 경우 구조적으로 약한 부분에서부터 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)의 상기 계면이 벌어지면서 에어 갭이 발생될 수 있다. 상기 에어 갭은 산란경계(scattering site)로 작용하여 투광도가 감소될 수 있다. 상기 인장응력을 풀어주면 상기 계면이 다시 줄어들면서 상기 에어 갭이 제거 된 초기상태로 복구될 수 있다. 따라서, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)의 투광도가 다시 증가할 수 있다. For example, when tensile stress is applied to the three-dimensional stretch network structure 20, an air gap may be generated as the interface between the three-dimensional porous elastic body 10 and the buried pattern 15 spreads from the structurally weak portion. The air gap acts as a scattering site, so that the translucency can be reduced. If the tensile stress is released, the interface can be reduced again, and the air gap can be restored to the initial state from which the air gap is removed. Therefore, the transmittance of the three-dimensional stretchable network structure 20 can be increased again.

일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상술한 바와 같이 매립 패턴(15) 형성을 위해 압전소재, PDLC, 액정 물질, 나노 입자 분산체 등과 같은 물질을 사용할 수 있다. 이 경우, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)에 인장응력을 가하여 3차원 다공성 탄성체(10)가 신장 및/또는 수축되면, 매립 패턴(15) 내에 포함된 분자들 또는 입자들의 배향이 변화할 수 있다. 따라서, 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)의 투광도가 상기 배향 변화에 의해 조절될 수 있다.In some exemplary embodiments, materials such as piezoelectric materials, PDLC, liquid crystal materials, nanoparticle dispersions, and the like can be used to form the buried pattern 15 as described above. In this case, if tensile stress is applied to the three-dimensional stretch network structure 20 to elongate and / or shrink the three-dimensional porous elastomer 10, the orientation of the molecules or particles contained in the buried pattern 15 may change . Therefore, the transmittance of the three-dimensional stretchable network structure 20 can be adjusted by the orientation change.

일부 실시예들에 있어서, 3차원 다공성 탄성체(10)에 포함된 패턴에 대해 매립 패턴(15)을 형성하기 전에 표면 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 표면 처리는 SAM(Self-assembled Monolayer) 처리 또는 ICVD(Initiated Chemical Vapor Depostion) 처리를 포함할 수 있다. 상기 표면 처리에 의해 3차원 다공성 탄성체(10) 및 매립 패턴(15)의 상기 계면의 변화가 보다 촉진될 수 있다.In some embodiments, the surface treatment may be performed prior to forming the buried pattern 15 with respect to the pattern included in the three-dimensional porous elastic body 10. For example, the surface treatment may include a Self-Assembled Monolayer (SAM) process or an ICVD (Initiated Chemical Vapor Deposition) process. By the surface treatment, the change in the interface of the three-dimensional porous elastic body 10 and the buried pattern 15 can be further promoted.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체에 포함된 탄성패턴들 사이의 에어 갭을 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating an air gap between elastic patterns included in a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments.

도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 3차원 다공성 탄성체(10)(inner PDMS로 표시됨) 및 매립 패턴(15, outer PDMS로 표시됨) 사이에 에어 갭(25)이 형성될 수 있으며, 에어 갭(25)의 사이즈가 3차원 신축성 네트워크 구조체(20)의 인장 및 이완에 따라 변화하여 투광도가 조절될 수 있다.3, an air gap 25 may be formed between the three-dimensional porous elastic body 10 (represented by the inner PDMS) and the embedding pattern 15 (represented by the outer PDMS) as described above, and the air gap 25 25 of the three-dimensional stretchable network structure 20 is changed according to the tension and relaxation of the three-dimensional stretchable network structure 20, so that the transmittance can be adjusted.

이하에서는 구체적인 실험예를 참조로 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체에 대해 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, a three-dimensional elastic network structure according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific experimental examples.

실험예Experimental Example

cover glass를 기판으로 사용하여 에어-플라즈마를 기판 표면을 세정 및 친수성화하였다. 네거티브 톤의 포토레지스트 NR7-80p(상품명)을 사용하여 3,000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅 공정을 통해 접착막을 형성하였다. 이후, 85 oC 에서 2분간 소프트 베이킹한 후, 365nm UV 램프 노광 및 150 oC 에서 2분간 하드 베이킹을 수행하였다.The surface of the substrate was cleaned and hydrophilized by air - plasma using cover glass as a substrate. An adhesive film was formed using a negative tone photoresist NR7-80p (trade name) through a spin coating process at 3,000 rpm for 30 seconds. Then, after soft baking at 85 ° C for 2 minutes, exposure to 365 nm UV lamp and hard baking at 150 ° C for 2 minutes were performed.

이후 네거티브 톤 포토레지스트 물질인 NR5-8000p(상품명, Futurrex)를 스핀 코팅하여 포토레지스트 층을 형성하였다. 구체적으로, 5:1(PR : 용매(시클로헥사논)) 비율로 희석시킨 NR5-8000p를 4,000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅 하여 5um두께의 층을 형성한 후, 90 oC에서 1분, 130 oC에서 1분 동안 베이킹을 통해 용매를 제거하였다.Then, a negative photoresist material NR5-8000p (trade name, Futurrex) was spin-coated to form a photoresist layer. Specifically, 5: 1: and then (PR solvent (cyclohexanone)) ratio was spin-coated for 30 seconds at 4,000rpm NR5-8000p diluted to form a layer having a thickness of 5um, 1 min at 90 o C, 130 o Solvent was removed by baking at C for 1 min.

상기 기판 상에 형성된 포토레지스 층을 상술한 PnP 방법 및 현상 공정을 통해 활용하여 주기적인 3차원 다공성 나노구조 패턴을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 노광시 실시한 조사량의 범위는 60 내지 100 mJ/cm2로 조절되었다. A photoresist pattern having periodic three-dimensional porous nanostructured patterns was formed by utilizing the PnP method and the development process described above on the photoresist layer formed on the substrate. The range of irradiation dose during exposure was adjusted to 60 to 100 mJ / cm 2 .

상기 포토레지스트 패턴을 폴리머 주형으로 사용하여, 제1 액상 탄성체로서 낮은 인장응력을 갖는 PDMS(~2MPa)를 사용하였으며, 65oC에서 2시간 동안 경화처리되었다. 이후, 유기용매를 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고 3차원 다공성 탄성체를 획득하였다. 상기 3차원 다공성 탄성체에 상기 제1 액상 탄성체와 동종의 물질인 PDMS를 채워 넣고 데시케이터와 진공 펌프를 상기 3차원 다공성 탄성체에 포함된 기공을 빠짐 없이 함침하였다. 이후, 건조를 통해 3차원 신축성 네트워크 구조체를 제조하였다.PDMS (~ 2 MPa) having a low tensile stress was used as the first liquid elastomer using the photoresist pattern as a polymer mold and cured at 65 ° C for 2 hours. Thereafter, the photoresist pattern was removed using an organic solvent to obtain a three-dimensional porous elastomer. The three-dimensional porous elastic body was filled with PDMS, which is the same material as the first liquid elastomer, and the desiccator and the vacuum pump were impregnated with the pores included in the three-dimensional porous elastic body. Thereafter, the three-dimensional stretch network structure was manufactured through drying.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체를 이용한 투광도 변화를 나타내는 디지털 이미지들이다.FIG. 4 is a digital image showing the change in translucency using a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments. FIG.

도 4를 참조하면, PDMS 함침에 의해 투광도가 향상된 3차원 신축성 네트워크 구조체를 포함하는 필름이 제조되며, 인장에 의해 상기 필름의 투광도가 변화함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that a film including a three-dimensional stretch network structure having enhanced transmittance by PDMS impregnation is manufactured, and the transmittance of the film is changed by tension.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 기계적 인장에 따른 투광도 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing changes in translucency according to the mechanical tension of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments. FIG.

도 5를 참조하면, 일반 3차원 PDMS에 다시 PDMS를 함침시키는 경우 투과도가 향상되며, 140% 까지 인장력을 증가시키는 경우 투과도가 약 60% 까지 감소하며, 상기 인장력을 이완시킴에 따라 다시 투과도가 회복됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, permeability is improved when PDMS is impregnated again into general three-dimensional PDMS, permeability is reduced to about 60% when tensile force is increased up to 140%, and permeability is recovered again as the tensile force is relaxed can confirm.

도 6은 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체의 반복적 인장 사이클에 따른 투광도 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating changes in translucency according to repeated tensile cycles of a three-dimensional stretch network structure according to exemplary embodiments. FIG.

도 6을 참조하면, 반복적인 사이클에도 투과도의 감소 및 회복 경향이 유지됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the permeability decreases and the recovery tendency is maintained even in repetitive cycles.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 3차원 신축성 네트워크 구조체는 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터와 같은 차세대 신축성 소자와 관련된 광학 소자, 전자 소자에 활용될 수 있다.The three-dimensional elastic network structure according to exemplary embodiments of the present invention can be utilized in an optical element, an electronic element, and the like related to a next generation elastic element such as a flexible display, a wearable computer.

상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood that the invention may be modified and varied without departing from the scope of the invention.

Claims (6)

주기적인 망상으로 분포된 패턴을 포함하는 3차원 다공성 탄성체; 및
상기 3차원 다공성 탄성체에 포함된 기공들을 채우는 매립 패턴을 포함하는 3차원 신축성 네트워크 구조체.A three-dimensional porous elastomer including a pattern distributed in a periodic network; And
And a buried pattern filling the pores contained in the three-dimensional porous elastic body. 제1항에 있어서, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴은 폴리머 계열의 탄성체를 포함하는 3차원 신축성 네트워크 구조체.2. The three-dimensional stretch network structure of claim 1, wherein the three-dimensional porous elastomer and the embedding pattern comprise polymeric elastomers. 제2항에 있어서, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴은 PDMS를 포함하는 3차원 신축성 네트워크 구조체.3. The three-dimensional stretch network structure of claim 2, wherein the three-dimensional porous elastomer and the embedding pattern comprise PDMS. 제2항에 있어서, 상기 3차원 다공성 탄성체 및 상기 매립 패턴의 계면부에는 인장력에 따라 사이즈가 변화하는 에어 갭이 생성되며,
상기 에어 갭의 상기 사이즈 변화에 따라 투과도가 조절되는 3차원 신축성 네트워크 구조체.[3] The method of claim 2, wherein an air gap is formed in the interface between the three-dimensional porous elastic body and the buried pattern,
Wherein the permeability is adjusted according to the size change of the air gap. 제1항에 있어서, 상기 매립 패턴은 압전소재, PDLC, 액정 물질 또는 나노 입자 분산체를 포함하는 3차원 신축성 네트워크 구조체.2. The three-dimensional stretch network structure of claim 1, wherein the embedding pattern comprises a piezoelectric material, a PDLC, a liquid crystal material, or a nanoparticle dispersion. 제5항에 있어서, 상기 3차원 다공성 탄성체의 인장에 따라 상기 매립 패턴에 포함된 입자 또는 분자의 배향이 변화하여, 투과도가 조절되는 3차원 신축성 네트워크 구조체.6. The three-dimensional stretch network structure according to claim 5, wherein the orientation of the particles or molecules included in the embedding pattern is changed according to the tensile of the three-dimensional porous elastomer, and the transmittance is controlled.
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