KR20170059080A

KR20170059080A - 나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제작방법 및 이를 이용한 증기발생장치

Info

Publication number: KR20170059080A
Application number: KR1020150162920A
Authority: KR
Inventors: 김경식; 배규영; 강구민
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-05-30
Also published as: US20170146263A1; KR101795866B1; US10746438B2; CN107032283A; CN107032283B

Abstract

본 발명은 나노와이어 번들 어레이를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이는, 표면의 적어도 일부에 금속박막이 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하는, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 배열될 수 있다.

Description

나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제작방법 및 이를 이용한 증기발생장치{NANOWIRE BUNDLE ARRAY, MEMBRANE COMPRISING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE MEMBRANE AND STEAM GENERATOR USING THE MEMBRANE}

본 발명은 나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제작방법 및 이를 이용한 증기발생장치에 관한 것으로서, 상세하게는 보다 넓은 태양 스펙트럼으로부터 빛을 열로 변환하여 효율적으로 증기를 발생하기 위한 나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제작방법 및 이를 이용한 증기발생장치에 관한 것이다.

스팀 생산을 위하여 태양에너지를 수집하는 것은, 수질 정화 또는 살균을 위한 태양에너지 변환에서부터 발전소 및 담수화 시설에 이르기까지 넓은 범위의 용도를 갖는다.

태양광으로부터 증기를 발생시키는 효율을 향상시키는 것은, 상술한 수질정화 장치, 태양광 발전소, 담수화 시설 등의 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 태양광에 의하여 스팀을 효율적으로 발생하기 위하여 고려될 수 있는 요소에는 태양 스펙트럼의 충분한 흡수, 물의 가열에 대한 단열 및 발생된 증기 기포가 효율적으로 빠져나가는 것 등이 있을 수 있다.

한편, 국소적인 표면 플라즈몬 공명 가열은 금속 나노 쉘(nanoshell) 또는 나노 입자(nanoparticles)의 빛을 반사하지 않고, 빛을 잡아두는 특성에 의하여 발생하는 것으로 알려져 있다.

종래에는 표면 플라즈몬의 기하학적 구조를 적절하게 디자인하는 방식으로 공명 빛 흡수를 효율적으로 하려고 하였으며, 다만 표면 플라즈몬 공명 가열 방식은 표면 플라즈몬의 공명 특성으로 인하여 좁은 흡수 대역을 갖는 문제가 있었다.

본 발명은 가시광선 영역에서 적외선 파장 영역까지의 최대의 태양 스펙트럼 영역을 사용하여 빛을 열로 변환하는 나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제조방법 및 증기발생장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 빛의 흡수율이 높고, 반사율은 낮으며, 태양열의 증기로의 변환 효율이 우수한 나노와이어 번들 어레이, 이를 포함하는 멤브레인, 그 제조방법 및 증기발생장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이는, 표면의 적어도 일부에 금속박막이 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하는, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 배열될 수 있다.

또한, 상기 각각의 나노와이어 집합체의 일부분은 다른 나노와이어 집합체와 서로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 나노와이어는, 알루미나 재질로 형성된 나노와이어 본체부; 및 금, 은, 티타늄, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 백금, 산화 티타늄 및 질화 티타늄으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질을 포함하는 금속박막; 을 포함할 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체에 포함되는 각각의 나노와이어는 임의의 방향으로 쓰러지고, 주변의 다른 나노와이어에 의하여 지지될 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체에 포함되는 상기 나노와이어 가운데 어느 하나와 결합되는 다른 나노와이어는 나노와이어 사이에 존재하는 액체의 모세관력에 의하여 결합될 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체의 일 단은 상기 다수의 나노와이어가 서로 결합되어 있고, 타 단은 상기 다수의 나노와이어가 서로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체의 상단은 위로 솟아오르는 봉우리를 형성하고, 상기 다수의 나노와이어 집합체 가운데 어느 하나와, 이웃하는 다른 나노와이어 집합체 사이에는 함몰된 형상의 계곡을 형성할 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체에 포함되는 상기 나노와이어는 플렉서블한 재질로 형성되고, 상기 다수의 나노와이어 가운데 적어도 하나는 적어도 일부분이 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합될 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체는 깔때기 형상의 펀넬 구조(funnel structure)로 형성되고, 상기 나노와이어 집합체의 나노와이어 사이의 간격은 나노스케일(nanoscale) 크기로 형성되며, 상기 나노와이어 집합체는 마이크로스케일(microscale)의 높이로 형성되고, 마이크로스케일(microscale)의 너비로 다수개가 배치될 수 있다.

또한, 상기 각각의 나노와이어 사이의 간격은 500nm 이하이고, 상기 나노와이어 집합체의 높이는 100nm 내지 30μm이며, 상기 나노와이어 집합체 사이의 간격은 1μm 내지 70μm일 수 있다.

또한, 가시광선에서 적외선 파장 영역까지의 빛이 흡수되어 검은색으로 보이고, 빛이 조사되면 표면 플라즈몬 공명 가열에 의하여 열이 발생할 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체는 소정 간격 이격되어 수직 방향으로 형성되고, 상기 나노와이어 집합체 가운데 일단 및 타단에 위치한 나노와이어 집합체는 안쪽 방향으로 붕괴되어 다른 나노와이어 집합체와 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이는, 베이스기판; 및 상기 베이스 기판 상에 다수개가 배열되는 나노와이어 집합체; 를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 표면의 적어도 일부에 금속박막이 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하는, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖을 수 있다.

또한, 상기 나노와이어 집합체는 점착 기판이 상부에 부착되면 상기 베이스기판에서 분리 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 멤브레인은, 다공성의 지지부; 및 상기 지지부에 의하여 지지되고, 적어도 일부가 금속박막으로 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하며, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체; 를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 마이크로스케일로 배치되어 나노와이어 번들 어레이를 형성할 수 있다.

또한, 상기 지지부는 유체가 유동할 수 있는 미세유로가 형성되고, 상기 나노와이어 번들 어레이에 빛이 조사되면, 상기 미세유로를 통하여 상기 나노와이어 번들 어레이로 이송된 유체가 가열될 수 있다.

또한, 상기 지지부의 적어도 일면에는 접착성 물질이 구비되고, 상기 나노와이어 번들은 상기 접착성 물질에 의하여 상기 지지부에 부착될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 증기발생장치는, 물이 수용되고, 물에 외부에서 빛이 조사될 수 있도록 일 측이 개방되는 바디부; 및 상기 바디부에 수용된 물 위에 떠 있고, 적어도 일부가 금속박막으로 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하며, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 마이크로스케일로 배치되어 나노와이어 번들 어레이를 형성하는 멤브레인;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 바디부의 둘레에는 열이 손실되는 것을 방지하는 단열부재가 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 멤브레인 제조방법은, 베이스기판에 전해연마를 실시하는 단계; 상기 베이스기판에 대해 양극산화하여 상기 베이스기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어(pore)를 확장시키는 단계; 상기 포어가 확장된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집(self-aggregated) 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체가 포함되는 나노와이어 번들 어레이를 형성하는 단계; 상기 베이스기판 상에 형성된 상기 나노와이어 번들 어레이에 금속을 증착시키는 금속증착단계; 및 다공성의 점착성 수단을 이용하여 상기 나노와이어 번들 어레이를 상기 베이스기판에서 분리하는 멤브레인 완성단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 태양열의 변환 효율이 높고, 증기를 효율적으로 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가시광선 영역에서 적외선 파장 영역까지의 최대의 태양 스펙트럼 영역을 사용하여 빛을 열로 변환하여, 보다 많은 태양에너지를 이용하여 물을 끓일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 빛의 흡수율이 높고, 반사율은 낮아서 태양광의 손실이 적다.

또한, 본 발명에 의하면, 물을 빠르게 기화시킬 수 있고, 기화된 증기가 다시 액화되는 것을 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이의 나노와이어 번들 어레이의 측면도이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이에서 나노와이어가 모세관력에 의하여 붕괴되는 경우에 베이스기판에 형성된 벌집모양의 육각형의 꼭지점에 나노와이어가 결합된 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 3(b)는 나노와이어에 금속박막 코팅 후의 모습을 도시하는 SEM 사진이며, 도 3(c)는 붕괴된 나노와이어의 상단이 서로 결합되어 산등성이와 같은 형상으로 형성되는 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 3(d)는 도 3(c)의 I-I'를 절개하여 본 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이에서 각각의 나노와이어의 하단부가 육각형으로 배치되고, 상단부가 서로 합쳐지는 모습을 도식화하여 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 집합체를 수직방향 또는 기울어지게 정렬하여 모델링되는 깔대기 형상의 나노와이어 번들 어레이를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 제작과정을 순서대로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 제작과정을 나타내는 순서도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이를 위에서 내려다 본 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이를 비스듬히 바라본 모습을 도시하는 SEM 사진이며, 도 7(c)는 은 거울에 의하여 반사된 레이저 빔을 보여주는 광학 사진이고, 도 7(d)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 의하여 반사된 레이저 빔을 보여주는 광학 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인을 위에서 바라본 평면도이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 대하여 400~2500nm 파장 범위에서의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이고, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 대하여 2.5μm에서 17μm 범위의 적외선 영역에서 측정된 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 10(a)는 도 3(a)과 같이 나노와이어가 육각형으로 배치되어 결합된 단일의 나노와이어 집합체를 이용하여 흡수율, 전달율, 반사율을 측정한 그래프이고, 도 10(b)는 도 3(b)와 같이 나노와이어 집합체를 수직방향 또는 기울어지게 정렬하여 모델링되는 깔대기 형상의 나노와이어 번들 어레이를 이용하여 측정한 흡수율, 전달율, 반사율을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 증기발생장치 및 멤브레인의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 증기발생장치에 수용된 물의 수면에 떠있고, 빛이 조사된 상태에서의 적외선 이미지를 나타내는 도면이고, 도 12(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 증기발생장치에 수용된 물의 바닥면에 있고, 빛이 조사된 상태에서의 적외선 이미지를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 설치 깊이에 따른 물의 온도변화를 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 다수개가 적층되는 모습을 도시하는 도면이다.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 양역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이(1)는, 베이스기판(20)과, 상기 베이스기판(20) 위에 소정 간격으로 이격되어 배치되는 나노와이어 집합체(10)을 포함할 수 있다.

베이스기판(20)은 장방형의 평평한 형상으로 형성될 수 있고, 베이스기판(20)은 다수의 나노와이어 집합체(10)을 지지하는 역할을 할 수 있다.

베이스기판(20)은 금속재질로 형성될 수 있고, 일례로 베이스기판(20)은 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)는 다수의 나노와이어(11)를 포함할 수 있고, 나노와이어(11)는 금속박막이 증착 또는 코팅될 수 있다. 나노와이어 집합체(10)의 높이는 100nm 내지 30μm일 수 있고, 나노와이어 집합체(10)의 능선 사이의 간격은 1μm 내지 70μm일 수 있다. 나노와이어 집합체(10)가 소정 간격 이격되었다는 것은 서로 이웃하는 나노와이어 집합체(10)의 능선 사이가 서로 이격됨을 의미할 수 있다,

나노와이어(11)는 나노와이어 본체부(111)와, 금속 코팅부(112)를 포함할 수 있다(도 3 참조).

나노와이어 본체부(111)는 매우 얇게 형성되므로, 외력에 의하여 잘 휘어지는 성질을 구비할 수 있다. 일례로, 나노와이어 본체부(111)는 알루미나 재질로 형성될 수 있다. 나노와이어 본체부(111)는 대략 10~30nm의 직경으로 형성될 수 있다.

나노와이어 본체부(111)에 코팅될 수 있는 금속 코팅부(112)는 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 팔라듐, 백금(Pt), 산화 티타늄 및 질화 티타늄으로 등이 될 수 있다. 금속 코팅부(112)는 대략 20~100nm의 두께로 형성될 수 있다.

나노와이어(111)의 각각의 길이는 100nm 내지 50μm일 수 있고, 나노와이어(11)의 각각의 굵기는 10nm 내지 70nm일 수 있으며, 적어도 하나 이상의 나노와이어(11)의 각각의 일단 사이의 간격은 500nm 이하일 수 있다.

나노와이어 집합체(10)에 포함되는 각각의 나노와이어(11)는 나노와이어 집합체(10)에 포함되는 다른 나노와이어(11)와 적어도 일 부분이 결합될 수 있다. 예를 들어, 나노와이어 집합체(10)은 도 1 및 도 2와 같이 나노와이어 집합체(10)의 상단이 다수의 나노와이어(11)의 상단부가 서로 뭉쳐져서 결합될 수 있고, 나노와이어 집합체(10)의 하단은 다수의 나노와이어(11)의 하단부가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 나노와이어 집합체(10)의 하단은 베이스기판(20)에 고정될 수 있고, 나노와이어 집합체(10)이 베이스기판(20)에 형성되는 과정은 후술하도록 한다.

나노와이어 집합체(10)에서 서로 결합되는 나노와이어(11)는 임의의 나노와이어(11)와 이와 결합되는 다른 나노와이어(11) 사이에 존재하는 액체의 모세관력에 의하여 서로 결합될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)에 포함되는 나노와이어(11)는 플렉서블한 재질로 형성될 수 있고, 다른 나노와이어(11)와 서로 결합되는 과정에서 적어도 일부분이 휘어진 상태로 결합될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)은 하단에서 상단으로 갈수록 전체적인 폭이 점점 줄어드는 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 나노와이어 집합체(10)은 전체적으로 상단이 뽀족하게 형성되고, 하단이 넓게 퍼지는 형상으로 형성될 수 있다. 나노와이어 집합체(10)의 측면은 경사지게(테이퍼 형상) 형성될 수 있고, 나노와이어 집합체(10)의 측면의 경사각도는 1°보다 작게 형성될 수 있다. 다시 말해, 나노와이어 집합체(10)는 깔때기 형상의 펀넬 구조(funnel structure)로 형성될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)의 상단에는 위로 솟아오르는 봉우리가 형성될 수 있고, 나노와이어 집합체(10) 가운데 어느 하나와, 이웃하는 나노와이어 집합체(10) 사이에는 함몰된 형상의 계곡이 형성될 수 있다.

또한, 나노와이어 집합체(10)에 포함되는 각각의 나노와이어(11)는 제작과정에서 그 두께가 얇아지면서 임의의 방향으로 쓰러질 수 있고, 주변의 다른 나노와이어(11)에 의하여 지지될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)에 포함되는 각각의 나노와이어(11) 사이에는 수십 나노미터 단위의 굉장히 작은 크기의 간격(12)이 형성될 수 있다.

나노와이어 집합체(10)에 포함되는 나노와이어(11) 사이의 간격은 나노스케일(nanoscale)로 형성될 수 있다. 다시 말해, 나노와이어(11) 사이의 간격(12)는 나노갭(nanogap)이라고 칭할 수 있고, 이러한 나노갭에 의하여 표면 플라즈몬에 의한 나노포커싱(nanofocusing) 현상을 일으킬 수 있으며, 이를 통하여 400nm 내지 2.5μm 파장 영역에 걸쳐서 평균 91%에 달하는 광대역 흡수를 할 수 있다.

또한, 나노와이어 집합체(10)는 전체적으로 마이크로스케일(microscale) 높이로 형성되고, 나노와이어 집합체(10)는 마이크로스케일(microscale)의 너비로 다수개가 배치될 수 있다. 나노와이어 집합체(10)들이 뭉쳐서 3μm 내지 10μm 간격의 산등성이-계곡의 구조를 띄게 되는데(도 3(d), 도 4(b) 참조), 이러한 구조에 의하여 적외선 영역에서도 광을 흡수할 수 있고, 측정가능 범위인 17μm의 파장까지 93%에 이르는 흡수 성능을 갖게 된다.

이와 같이, 단일의 나노와이어 집합체(10) 보다 도 3(d) 또는 도 4(b)와 같이 다수의 나노와이어 집합체(10)가 마이크로스케일의 나노와이어 번들 어레이(1)를 형성함에 따라, 가시광선 영역에서 적외선 파장 영역까지 넓은 파장의 빛이 흡수될 수 있고, 이와 같이 흡수된 빛이 열로 변환될 수 있다.

또한, 나노와이어 번들 어레이(1)의 양 측단의 나노와이어 집합체(10)가 안쪽으로 붕괴되는 경우에 단일의 나노와이어 집합체(10) 보다 더 넓은 파장의 빛(적외선 영역)을 흡수할 수 있으며, 이는 단일의 나노와이어 집합체(10)는 미세한 나노갭, 즉 나노와이어(11) 사이의 간격(12)만 존재하지만, 도 3(d) 또는 도 4(b)와 같이 나노와이어 집합체(10)가 모여서 나노와이어 번들 어레이(1)를 형성하고, 양 측단의 나노와이어 집합체(10)가 안쪽으로 붕괴되는 경우에는 나노스케일에서부터 마이크로스케일까지의 좀더 다양한 범위의 갭이 존재하기 때문이다.

도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이에서 나노와이어가 모세관력에 의하여 붕괴되는 경우에 베이스기판에 형성된 벌집모양의 육각형의 꼭지점에 나노와이어가 결합된 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 3(b)는 나노와이어에 금속박막 코팅 후의 모습을 도시하는 SEM 사진이며, 도 3(c)는 붕괴된 나노와이어의 상단이 서로 결합되어 산등성이와 같은 형상으로 형성되는 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 3(d)는 도 3(c)의 I-I'를 절개하여 본 단면도이다.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 나노와이어(11)가 모세관력에 의하여 쓰러지는 경우에도 베이스기판(20)에 애노다이징 과정에서 베이스기판(20)에 형성된 벌집형상의 육각형의 꼭지점에 결합되는 것을 확인할 수 있다. 측정된 육각형의 측면 길이는 대략 58nm이다.

또한, 알루미나 재질의 나노와이어 본체부(111)의 단면은 측면 길이 26nm를 갖는 삼각형으로 형성되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 나노와이어 본체부(111)에 코팅된 금속 코팅부(112)을 40nm 두께로 할 수 있고, 이와 같이 금속 코팅된 나노와이어(11)의 측면 길이는 40nm가 될 수 있다.

도 3(c)를 참조하면, 금속 코팅된 나노와이어 집합체(10)들은 서로 결합되어 산등성이와 계곡과 유사한 패턴을 가질 수 있다.

도 3(d)를 참조하면, 나노와이어 집합체(10) 뿐만아니라, 서로 결합되는 나노와이어 집합체(10)들이 모인 나노와이어 번들 어레이(1)의 단면은 펀넬 구조, 즉 오목한 깔때기 구조로 형성될 수 있고, 2.4μm 의 높이와, 2.9μm의 너비, 즉 마이크로스케일로 형성될 수 있고, 측면의 각도가 33°로 형성될 수 있다.

보다 상세히, 내측에 배치되는 나노와이어 집합체(10)는 대략 수직 방향으로 연장되고, 나노와이어 번들 어레이(1)의 좌측단 및 우측단의 나노와이어 집합체(10)이 내측으로 붕괴되어 전체적으로 펀넬 구조, 즉 깔때기 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 나노와이어 번들 어레이(1)의 좌측단 및 우측단의 나노와이어 집합체(10)은 내측을 향하여 경사지게 배치된다고 할 수 있다.

이와 같은 나노와이어 집합체(10)가 결합되어 형성된 다중 구조(Multi-scale)의 경우 다양한 나노스케일의 나노갭(0~200nm)이 존재하므로, 단일의 나노와이어 집합체(10)에 비하여 넓은 범위의 파장범위에 대하여 흡수할 수 있다.

다시 말해, 나노와이어 집합체(10)이 결합되어 형성된 다중 구조(Multi-scale)의 경우, 몇 마이크론의 깊이 뿐만 아니라 3μm 크기의 펀넬 구조, 즉 깔때기 모양의 구조물(도 4(b) 참조)에 걸쳐 0에서 수백 nm의 넓은 범위의 금속의 나노스케일의 나노갭이 형성되므로, 단일의 나노와이어 집합체(10)에 비하여 넓은 범위의 파장범위에 대하여 흡수할 수 있다.

도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이에서 각각의 나노와이어의 하단부가 육각형으로 배치되고, 상단부가 서로 합쳐지는 모습을 도식화하여 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 집합체를 수직방향 또는 기울어지게 정렬하여 모델링되는 펀넬 구조, 즉 깔대기 형상의 나노와이어 번들 어레이를 도시하는 도면이다.

도 4(a)에는 본 발명의 나노와이어 집합체(10)이 나란히 배열된 것을 개략적으로 도시되어 있고, 도 4(b)는 도 3(d)의 서로 결합되는 나노와이어 집합체(10)들이 펀넬 구조, 즉 오목한 깔때기 구조로 형성되는 것을 개략적으로 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 제작과정을 순서대로 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 제작과정을 나타내는 순서도이다.

본 발명에 의한 멤브레인 제조방법(S100)은, 전해연마단계(S110), 제 1 차 양극산화단계(S120), 식각단계(S130), 제2 차 양극산화단계(S140) 및 기공확장단계(S150). 세척 및 건조단계(S160), 금속증착단계(S170), 멤브레인 완성단계(S180)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 전해연마단계(S110)는 알루미늄소재로 구성된 베이스기판(20)에 전해연마를 실시하는 단계이다. 전해연마단계(S110)는 과염소산과 에탄올을 섞어준 용액을 이용하여 베이스기판을 표면 처리하는 표면처리단계(S115)를 더 포함하는 구성일 수 있다.

전해연마단계(S110)는 베이스기판(10)을 과염소산과 에탄올을 섞어준 용액에 담근 상태에서 15 V 내지 25 V의 전압을 인가함으로써 실시할 수 있다.

제 1 차 양극산화단계(S120)는, 베이스기판(20)을 양전극에 연결하고 백금소재로 구성된 전극기판에 음전극을 연결한 상태로 옥살산 용액에 담근 후, 소정 크기의 전압을 인가해 베이스기판(20)을 양극산화시키는 단계이다.

제 1 차 양극산화단계(S120)를 거친 베이스기판(20)의 표면에는 벌집과 같은 모양(hexagonal array)으로 90 nm 내지 110 nm의 간격을 갖는 나노홀을 갖는 양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide; AAO)이 형성될 수 있다.

식각단계(S130)는 제 1 차 양극산화단계(S120)를 거친 베이스기판(20)을 에칭용액에 담가 식각을 실시하는 단계이다.

구체적으로, 식각단계(S130)는, 크롬산과 인산 혼합용액을 준비하는 에칭용액(30) 준비단계(S131) 및 소정시간 동안 베이스기판(20)을 에칭용액에 담그는 베이스기판 식각단계(S132)를 포함하는 구성일 수 있다.

식각단계(S130)를 거친 후의 베이스기판(20)의 표면에는 양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide; AAO)이 제거되고, 벌집모양의 균일한 간격의 오목한 홈만 남게된다.

제 2 차 양극산화단계(S140)는, 식각단계(S130)를 거친 베이스기판(20)을 양전극에 연결하고 백금소재로 구성된 전극기판에 음전극을 연결한 상태로 옥살산 용액에 담근 후, 소정 크기의 전압을 인가해 베이스기판(20)을 양극 산화시키는 단계이다.

기공확장단계(S150)는, 기공확장단계(S150)는 기공의 크기를 균일하게 넓히는 과정으로서, 제 2 차 양극산화단계(S140)를 거친 베이스기판(20)을 인산용액(50)에 담가 알루미나 나노와이어(11) 어레이(array)를 형성시키는 단계이다. 구체적으로, 상기 언급한 인산용액은 5 wt% 농도의 인산용액임이 바람직하다.

세척 및 건조 단계(S160)는 기공확장단계(S150)를 거친 베이스기판(20)을 세척 및 건조시키는 단계이다. 이때, 세척 과정에 사용되는 세척액은 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 및 초임계 유체로 구성된 군에서 하나 선택되는 것일 수 있다.

구체적으로, 기공확장단계(S150)를 거친 베이스기판(20)의 알루미나 나노와이어(11)는, 세척 및 건조 공정에서 알루미나 나노와이어(11) 사이의 액체의 모세관력에 의해 자가 응집 현상이 발생할 수 있다. 세척 과정에 사용되는 세척액을 물에서 에탄올, 메탄올, 이소프로판올로 변화시키면, 각각의 모세관력이 다르기 때문에 응집력이 달라져, 결과적으로 알루미나 나노와이어(11) 어레이의 구조를 변화시킬 수 있고, 알루미나 나노와이어(11)가 서로 결합되는 나노와이어 집합체(10)을 다수개 형성할 수 있으며, 다시 말해, 나노와이어 번들 어레이(1)를 형성할 수 있다.

세척 및 건조 단계(S160)를 거쳐서 형성된 알루미나 나노와이어 집합체(10)에 스퍼터링(sputtering)의 방식으로 금(Au) 등의 금속박막을 코팅시킬 수 있다.

이렇게 형성된 다수의 알루미나 나노와이어 집합체(10)의 상부에 다공성의 접착 기판(31)를 붙여서 알루미나 나노와이어 집합체(10)의 어레이가 부착된 멤브레인(30)을 만들 수 있다. 다공성의 접착 기판(31)에는 액체가 유동할 수 있는 미세 유로(311)가 형성될 수 있다.

구체적으로, 다공성의 접착 기판(31)은 다공성의 접착 테이프일 수 있고, 알루미나 나노와이어 집합체(10) 어레이의 상부에 부착된 후에 이를 잡아당겨서 알루미나 나노와이어 집합체(10)들을 베이스기판(20)에서 분리시킬 수 있다.

도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이를 위에서 내려다 본 모습을 도시하는 SEM 사진이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노와이어 번들 어레이를 비스듬히 바라본 모습을 도시하는 SEM 사진이며, 도 7(c)는 은 거울에 의하여 반사된 레이저 빔을 보여주는 광학 사진이고, 도 7(d)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 의하여 반사된 레이저 빔을 보여주는 광학 사진이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인을 위에서 바라본 평면도이다.

도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 나노와이어(11) 사이에 표면장력은 임의의 방향이기 때문에, 스스로 결합된 나노와이어 번들 어레이(1)의 3D 패턴은 산등성이 및 계곡과 유사하게 형성될 수 있다.

도 7(c), 도 7(d), 도 8을 참조하면, 나노와이어 번들 어레이(1)에 금 등의 금속을 증착시키면, 나노와이어 번들 어레이(1)는 검정색으로 보이게 된다. 이는 나노와이어 집합체(10)에 빛이 조사되면, 가시광선 영역의 빛을 대부분 흡수하기 때문이다. 다시 말해, 나노와이어(11)가 뭉쳐서 형성되는 나노와이어 집합체(10)의 경사진 구조 및 나노와이어 집합체(10)에 형성되는 미세한 간격(12), 즉 나노갭에 의하여 가시광선 영역의 빛이 대부분 흡수될 수 있다.

도 7(d)는 본 발명에 의한 나노와이어 번들 어레이(1)를 부착된 접착 기판, 즉 멤브레인에 633nm 파장의 레이저을 조사한 모습을 도시한 것이고, 본 발명에 의한 멤브레인에 레이저가 모두 흡수되어 빛이 거의 반사되지 않아서 스크린에 상이 맺히지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 비하여, 도 7(c)는 일반적인 은 거울에 동일한 633nm 파장의 레이저을 조사한 모습을 도시한 것이고, 빛이 거의 반사되어 스크린에 상이 맺히는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 나노와이어 번들 어레이(1)가 구비되는 멤브레인(30)이 빛을 흡수하는 성질이 우수함을 확인할 수 있다.

도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 대하여 400~2500nm 파장 범위에서의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이고, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인에 대하여 2.5μm에서 17μm 범위의 적외선 영역에서 측정된 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 의한 나노와이어 번들 어레이(1)가 알루미늄 테잎 위에 구비된 멤브레인에 빛을 조사되는 경우 400nm 내지 2500nm의 파장범위에서 총 반사율이 10% 보다 작은 것을 확인할 수 있다.

또한, 같은 조건에서, 총 평균 흡수율은 400nm 내지 2500nm의 넓은 범위에서 91%로 높게 관찰되었다.

또한, 같은 조건에서 17μm 보다 작은 파장 범위에서 평균 반사율은 7%보다 작은 것으로 관찰되었다.

이러한 결과에 의하여 본 발명에 의한 나노와이어 번들 어레이(1)는 초광대역의 높은 흡수성을 갖는 것을 실험적으로 확인할 수 있다.

도 10(a)는 도 3(a)과 같이 나노와이어가 육각형으로 배치되어 결합된 단일의 나노와이어 번들을 이용하여 흡수율, 전달율, 반사율을 측정한 그래프이고, 도 10(b)는 도 3(b)와 같이 나노와이어 번들을 수직방향 또는 기울어지게 정렬하여 모델링되는 깔대기 형상의 나노와이어 번들 어레이를 이용하여 측정한 흡수율, 전달율, 반사율을 측정한 그래프이다.

도 10(a)을 참조하면, 단일의 나노와이어 집합체(10)의 경우, 400nm 내지 1000nm 의 범위에서는 흡수율이 높지만, 파장이 1000nm보다 큰 경우에는 흡수율이 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

이것은 단일의 나노와이어 집합체(10)의 경우에는 나노와이어(11) 사이의 간격이 나노와이어의 길이방향을 따라 0nm에서 11nm 의 범위로 형성되지만, 나노와이어 번들 어레이(1)에서 나노와이어 집합체(10)이 붕괴되어(쓰러져서) 형성되는 구조체(예: 도 3(d)의 도 4(b)의 깔때기 형상)의 경우 나노와이어 집합체(10)의 저면 육각형이 152nm 로서, 나노와이어 집합체(10) 사이에 다양한 경사각도에서 다양한 범위의 나노갭의 거리가 존재하기 때문이다.

플라즈몬 공명 나노포커싱은 넓은 나노갭에서는 넓은 파장에서 발생하고, 좁은 나노갭에서는 좁은 파장에서 발생한다. 따라서, 단일의 나노와이어 집합체(10)의 직경은 최대 150nm이므로, 나노포커싱 공명은 1μm보다 작은 범위에서 발생하고, 더 넓은 파장 범위에서는 효과적이지 않다.

이에 반하여, 도 10(b)를 참조하면, 자가 결합된 깔때기 형상의 나노와이어 집합체(10)가 다수개 배열 및 결합된 나노와이어 번들 어레이(1)(도 4(b) 참조)는 2500nm까지 효과적으로 흡수하는 것을 확인할 수 있다. 도 4(b)와 같은 구조에서의 수직 방향으로 나란하게 세워진 나노와이어 집합체(10) 사이의 간격은 대략 173nm이며, 이러한 나노와이어 집합체(10) 사이의 간격은 보다 넓은 범위의 나노갭을 형성할 수 있게 하고, 결국 근적외선까지의 빛을 흡수할 수 있도록 한다.

또한, 도 4(b)와 같은 전체적인 깔때기 구조의 경우 2.9μm의 폭을 갖고, 금속의 마이크로콘과 같은 구조와 같이 작용하므로, 17μm만큼 넓은 광대역 범위의 흡수를 할 수 있게 된다.

또한, 도 10(b)의 그래프 중간에 삽입된 사진은 600nm와 1000nm에서의 전기장 분포를 나타낸 것이고, 짧은 파장의 경우 나노와이어 집합체(10)에서 흡수하고, 넓은 파장의 경우 펀넬 형상, 즉 깔때기 형상의 전체적으로 흡수하는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 증기발생장치 및 멤브레인의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 12(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 증기발생장치에 수용된 물의 수면에 떠있고, 빛이 조사된 상태에서의 적외선 이미지를 나타내는 도면이고, 도 12(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 증기발생장치에 수용된 물의 바닥면에 있고, 빛이 조사된 상태에서의 적외선 이미지를 나타내는 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인의 설치 깊이에 따른 물의 온도변화를 도시하는 그래프이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인이 다수개가 적층되는 모습을 도시하는 도면이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인(30)은 도 3(d) 또는 도 4(b)와 같이 서로 결합되는 나노와이어 집합체(10)을 포함하는 나노와이어 번들 어레이(1)와, 이러한 나노와이어 번들 어레이(1)를 지지하는 다공성의 지지부(31)를 포함할 수 있다.

지지부(31)는 물을 잘 흡수할 수 있는 친수성 재질로 형성될 수 있다. 지지부(31)의 내부에는 물이 유동할 수 있는 미세유로(311)가 형성될 수 있다. 미세유로(311)의 일 단은 지지부(31)의 하단에 연결될 수 있고, 타 단은 지지부(31)의 상단에 연결될 수 있다. 미세유로(311)를 통하여 지지부(31) 하부의 물이 지지부(31)의 상부로 이동될 수 있다.

지지부(31)의 일면은 접착성 물질이 구비될 수 있고, 이러한 접착성 물질에 의하여 나노와이어 번들 어레이(1)가 부착될 수 있다. 일례로, 지지부(31)는 다공성의 접착성 테이프가 될 수 있고, 보다 바람직하게는 3M Micro pore Surgical Tape 1530S-1)이 될 수 있다.

지지부(31)는 물의 상부 수면에 떠 있는 것이 바람직하며, 지지부(31)가 물을 충분히 흡수하면 지지부(31) 내부의 미세유로(311)의 공기는 외부로 빠져나가고, 물이 미세유로(311)에 가득 차게 되며, 모세관력에 의하여 하부의 물을 계속 지지부(31)의 상부 표면으로 끌어당길 수 있다. 이러한 미세유로(311)를 통한 물의 유동은 계속적인 물의 공급과 계속적인 태양 증기 발생을 가능하게 할 수 있다.

또한, 지지부(31)는 물의 수면에 뜰 수 있을 정도로 작은 밀도를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 의한 증기발생장치(40)는 바디부(41)와, 바디부(41)에 수용된 물에 뜰 수 있는 멤브레인(30)이 포함될 수 있다.

바디부(41)는 내부에 물이 수용될 수 있도록 원통 형상으로 형성될 수 있다. 바디부(41)는 태양광을 내부로 받아들일 수 있도록 상부가 개방되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 바디부(41)의 주변에는 열이 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있는 단열부재(42)가 구비될 수 있다. 일례로, 단열부재(42)는 스티로폼 재질로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 증기발생장치(40)에 의하면, 물에 떠 있는 멤브레인(30), 즉 물 위에 떠 있는 지지부(31) 위의 나노와이어 번들 어레이(1)에 빛이 가해지면 국소적으로 가열되어 지지부(30)의 미세유로(311)에 의하여 공급되는 물이 계속적으로 증발될 수 있다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 이러한 국소적인 가열의 효과는 멤브레인(30)이 물의 상단, 즉 수면에 떠 있을 경우가, 물의 바닥이나 수중에 있을 때보다 더 큰 것으로 확인되었다.

한편, 도 14를 참조하면, 멤브레인(30)은 1개의 층이 아니라, 다수개의 멤브레인(30)이 수직 방향으로 적층되어 결합될 수 있고, 수직방향으로 결합된 멤브레인(30)의 층이 많을수록 국소 가열되는 부분의 온도가 더 높아질 수 있다.

이와 같이, 나노와이어 집합체(10)가 멀티 스케일로 배열되고, 또는 나노와이어 집합체(10)가 서로 결합되어 다양한 크기의 나노갭이 형성되는 나노와이어 번들 어레이(1)가 구비된 멤브레인(30)을 증기발생장치(40)의 수면 위에 띄운 상태에서 빛을 조사하면 설사 그 빛의 세기가 작다고 하더라도, 빛의 광대역 파장에서 흡수가 가능하므로, 다공성의 지지부(31)를 통한 계속적인 물의 공급 및 멤브레인(30) 부분의 국소 가열을 이용하여 증기가 계속적으로 발생될 수 있다.

다시 말해, 광대역에서의 높은 흡수열을 갖는 성질과, 나노 단위의 작은 영역에서 전자기장 증가를 통해 표면에 열에너지를 집중시켜 주고, 물위로 떠서 물을 지속적으로 공급해주는 다공성 지지부(테이프)가 전체 물로의 열 손실을 방지해줄 수 있다.

이렇게 발생한 증기는 물의 정화, 담수화 및 발전소에서 유용하게 사용될 수 있다.

10: 나노와이어 번들 11: 나노와이어
12: 간격, 나노갭 20: 베이스기판
30: 멤브레인 31: 지지부
311: 미세유로 40: 증기발생장치
41: 바디부 42: 단열부재

Claims

표면의 적어도 일부에 금속박막이 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하는, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고,
상기 나노와이어 집합체는 다수개가 배열되는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 각각의 나노와이어 집합체의 일부분은 다른 나노와이어 집합체와 서로 소정 간격 이격되어 배치되는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어는, 알루미나 재질로 형성된 나노와이어 본체부; 및
금, 은, 티타늄, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 백금, 산화 티타늄 및 질화 티타늄으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질을 포함하는 금속박막; 을 포함하는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체에 포함되는 각각의 나노와이어는 임의의 방향으로 쓰러지고, 주변의 다른 나노와이어에 의하여 지지되는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체에 포함되는 상기 나노와이어 가운데 어느 하나와 결합되는 다른 나노와이어는 나노와이어 사이에 존재하는 액체의 모세관력에 의하여 결합되는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체의 일 단은 상기 다수의 나노와이어가 서로 결합되어 있고, 타 단은 상기 다수의 나노와이어가 서로 이격되어 배치되는 나노와이어 번들 어레이.
제6항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체의 상단은 위로 솟아오르는 봉우리를 형성하고, 상기 다수의 나노와이어 집합체 가운데 어느 하나와, 이웃하는 다른 나노와이어 집합체 사이에는 함몰된 형상의 계곡을 형성하는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체에 포함되는 상기 나노와이어는 플렉서블한 재질로 형성되고, 상기 다수의 나노와이어 가운데 적어도 하나는 적어도 일부분이 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합되는 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체는 깔때기 형상의 펀넬 구조(funnel structure)로 형성되고,
상기 나노와이어 집합체의 나노와이어 사이의 간격은 나노스케일(nanoscale) 크기로 형성되며,
상기 나노와이어 집합체는 마이크로스케일(microscale)의 높이로 형성되고, 마이크로스케일(microscale)의 너비로 다수개가 배치되는 나노와이어 번들 어레이.
제9항에 있어서,
상기 각각의 나노와이어 사이의 간격은 500nm 이하이고, 상기 나노와이어 집합체의 높이는 100nm 내지 30μm이며, 상기 나노와이어 집합체 사이의 간격은 1μm 내지 70μm인 나노와이어 번들 어레이.
제1항에 있어서,
가시광선에서 적외선 파장 영역까지의 빛이 흡수되어 검은색으로 보이고, 빛이 조사되면 표면 플라즈몬 공명 가열에 의하여 열이 발생하는 나노와이어 번들 어레이.
제11항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체는 소정 간격 이격되어 수직 방향으로 형성되고, 상기 나노와이어 집합체 가운데 일단 및 타단에 위치한 나노와이어 집합체는 안쪽 방향으로 붕괴되어 다른 나노와이어 집합체와 결합되는 나노와이어 번들 어레이.
베이스기판; 및
상기 베이스 기판 상에 다수개가 배열되는 나노와이어 집합체;
를 포함하고,
상기 나노와이어 집합체는 표면의 적어도 일부에 금속박막이 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하는, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 번들 어레이.
제13항에 있어서,
상기 나노와이어 집합체는 점착 기판이 상부에 부착되면 상기 베이스기판에서 분리 가능한 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
다공성의 지지부; 및
상기 지지부에 의하여 지지되고, 적어도 일부가 금속박막으로 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하며, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체;
를 포함하고,
상기 나노와이어 집합체는 다수개가 마이크로스케일로 배치되어 나노와이어 번들 어레이를 형성하는 멤브레인.
제15항에 있어서,
상기 지지부는 유체가 유동할 수 있는 미세유로가 형성되고, 상기 나노와이어 번들 어레이에 빛이 조사되면, 상기 미세유로를 통하여 상기 나노와이어 번들 어레이로 이송된 유체가 가열되는 멤브레인.
제15항에 있어서,
상기 지지부의 적어도 일면에는 접착성 물질이 구비되고, 상기 나노와이어 번들은 상기 접착성 물질에 의하여 상기 지지부에 부착되는 멤브레인.
물이 수용되고, 물에 외부에서 빛이 조사될 수 있도록 일 측이 개방되는 바디부; 및
상기 바디부에 수용된 물 위에 떠 있고, 적어도 일부가 금속박막으로 코팅된 다수의 나노와이어를 포함하며, 일단에서 타단으로 갈수록 상기 나노와이어 사이의 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 마이크로스케일로 배치되어 나노와이어 번들 어레이를 형성하는 멤브레인;
을 포함하는 증기발생장치.
제18항에 있어서,
상기 바디부의 둘레에는 열이 손실되는 것을 방지하는 단열부재가 구비되는 증기발생장치.
베이스기판에 전해연마를 실시하는 단계;
상기 베이스기판에 대해 양극산화하여 상기 베이스기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어(pore)를 확장시키는 단계;
상기 포어가 확장된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집(self-aggregated) 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 형상을 갖는 나노와이어 집합체가 포함되는 나노와이어 번들 어레이를 형성하는 단계;
상기 베이스기판 상에 형성된 상기 나노와이어 번들 어레이에 금속을 증착시키는 금속증착단계; 및
다공성의 점착성 수단을 이용하여 상기 나노와이어 번들 어레이를 상기 베이스기판에서 분리하는 멤브레인 완성단계;
를 포함하는 멤브레인 제작방법.