KR20170068241A - 유체투과성 양극산화막 및 유체투과성 양극산화막의 제조방법 - Google Patents

유체투과성 양극산화막 및 유체투과성 양극산화막의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀과, 기공홀보다 큰 내부 폭을 갖으면서 유체투과성 양극산화막을 관통하는 투과홀을 포함하는 유체투과성 양극산화막에 관한 것이다.

Description

유체투과성 양극산화막 및 유체투과성 양극산화막의 제조방법{ Fluid permeable anodic oxidation film and method for manufacturing the same }
본 발명은 투과홀을 포함하는 유체투과성 양극산화막에 관한 것이다.
일반적으로 유체(기체 또는 액체)의 분리, 정화, 여과, 분석, 반응, 확산 등을 위해 유체가 통과할 수 있는 막이 사용되고 있다. 특별히, 유체가 투과되고, 저비용으로 제작 가능하며 다수 개의 기공을 포함하는 막으로서 양극산화막이 있다.
양극산화막은 금속재질의 모재를 양극산화처리(anodizing) 하여 형성되는 것으로서, 표면에 뚫린 기공을 다수 가지는 다공층을 포함한다. 여기서의 금속재질의 모재는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 등일 수 있으나, 경량이고, 가공이 용이하고, 열전도성이 우수하며, 중금속 오염의 우려가 없는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질이 많이 사용된다.
종래의 유체 투과를 위해 금속을 양극산화하여 생성된 양극산화막으로는 미국등록특허 제8210360호에 기재된 것이 있다.
그러나, 종래의 양극산화막은 양극산화막 자체에 형성된 기공의 내부 폭이 대략 수 나노미터 내지 300 나노미터 범위에 있으므로, 내부 폭이 너무 작아 투과되는 유체의 부산물 등에 의해 기공이 막히기 쉽고, 유체가 용이하게 투과되지 못하는 문제점이 있다.
한편, 상기 양극산화막의 기공의 직경문제를 개선하기 위하여 양극산화막의 기공을 확공하는 방법이 제안될 수 있으나, 기공의 내부 폭이 나노단위이므로, 제조상 어려움이 있을 뿐 아니라, 확공에 의해 구조적 강도가 크게 손상되는 단점이 있다.
미국등록특허 제8210360호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유체가 투과되며 고르게 확산되고, 구조적 강도 유지뿐 아니라 제조가 용이한 유체투과성 양극산화막을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유체투과성 양극산화막은, 유체투과성 양극산화막에 있어서, 금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀; 및 상기 기공홀의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 상기 유체투과성 양극산화막을 관통하는 투과홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과홀은 상기 유체투과성 양극산화막의 일단에서 상기 유체투과성 양극산화막의 타단까지 일정한 내부 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 투과홀의 이격된 사이에 다수의 상기 기공홀이 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기공홀은 유체 불투과성인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기공홀은 상기 유체투과성 양극산화막의 상, 하로 관통된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체투과성 양극산화막은 상기 기공홀이 형성되는 다공층과, 상기 다공층의 하부에 형성되어 상기 기공홀의 일단을 폐쇄하는 베리어층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속은 알루미늄 금속을 포함하고, 상기 유체투과성 양극산화막은 상기 알루미늄 금속을 양극산화하여 형성된 산화알루미늄인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기공홀 사이의 이격 간격은 상기 투과홀 사이의 이격 거리보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체투과성 양극산화막은 반투명 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체투과성 양극산화막은 유체 흐름방향으로 휘어질 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체투과성 양극산화막의 두께는 0.4㎛~200㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기공홀의 내부 폭은 수nm~300nm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과홀의 내부 폭은 300nm ~ 수 mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유체투과성 양극산화막의 제조방법은, 유체투과성 양극산화막의 제조방법에 있어서, 금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀을 형성하는 단계; 및 상기 기공홀의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 상기 유체투과성 양극산화막을 관통하는 투과홀이 형성되도록 상기 기공홀이 형성된 상기 유체투과성 양극산화막을 에칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
투과홀을 통해 막힘없이 유체가 통과되며 고르게 확산 가능하다.
또한, 구조적 강도를 유지할 수 있고, 제조도 용이하다.
또한, 유체투과성 양극산화막은 투과홀에 끼는 불순물의 정도를 확인할 수 있다.
또한, 유체투과성 양극산화막은 유연하여 유체 통과시, 유체 흐름 방향으로 휘어질 수 있어 유체의 확산 폭이 향상된다.
도 1은 종래의 유체투과성 양극산화막을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 유체투과성 양극산화막의 사시도(베리어층 포함).
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 유체투과성 양극산화막의 사시도(베리어층 미포함).
도 4는 도 2의 일부분 단면 사시도.
도 5는 도 2 및 도 3의 일부 단면도((a)제1실시예의 단면, (b)제2실시예의 단면).
도 6은 유체 투과시 유체투과성 양극산화막의 휘어짐 상태를 도시한 상태도.
도 7은 유체투과성 양극산화막 제조방법의 블록도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유체투과성 양극산화막의 사진.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부한 도면들과 함께 상세히 후술된 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시 예에 한정된 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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. 또한, 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다양한 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시 예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시 예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 유체투과성 양극산화막(200)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 유체투과성 양극산화막(200)에 있어서, 금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀(310); 및, 기공홀(310)의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 유체투과성 양극산화막(200)을 관통하는 투과홀(350);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유체투과성 양극산화막(200)은 사각 형상으로 형성되어 있으나, 유체투과성 양극산화막(200)의 설치환경에 따라 형상이 변경될 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 유체투과성 양극산화막(200,200'), 기공홀(310) 및 투과홀(350)의 크기 및 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장되어 도시된 것이다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 유체투과성 양극산화막(200)은, 금속을 양극 산화한 후, 상기 금속을 제거하여 형성된다. 도 2 및 도 4의 제1실시예는 기공홀(310)이 형성되는 다공층(300)과, 다공층(300)의 하부에 형성되어 기공홀(310)의 일단을 폐쇄하는 베리어층(380)으로 구성될 수 있다.
도 2, 도 4 및 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 유체투과성 양극산화막(200)에는 상하 방향으로 기공홀(310)이 다수 개 형성된다. 기공홀(310)의 상단은 유체투과성 양극산화막(200)의 상면(210), 다시 말해 다공층(300)의 상면(210)을 관통하도록 형성된다. 또한, 기공홀(310)의 하단은 베리어층(380)에 의해 폐쇄되어 있다. 기공홀(310)은 유체 불투과성이다.
한편, 도 3 및 도 5(b)의 제2실시예와 같이, 유체투과성 양극산화막(200')은 기공홀(310)이 형성된 다공층(300)만으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 금속을 양극 산화한 후, 상기 금속뿐 아니라 베리어층(380)도 제거되어 형성될 수 있다. 그래서, 도 3 및 도 5(b)의 기공홀(310)은 유체투과성 양극산화막(200')의 상, 하로 관통되어 있다. 다시 말해, 유체투과성 양극산화막(200')의 상면(210) 및 하면(230)을 관통하도록 형성된다.
유체투과성 양극산화막(200,200')에 형성된 기공홀(310)의 내부 폭은 수 nm(나노미터) 내지 300 nm(나노미터) 범위를 가진다.
또한, 유체투과성 양극산화막(200,200')의 모재가 되는 상기 금속은 알루미늄 금속을 포함한다. 즉, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직할 수 있다. 그리고 유체투과성 양극산화막(200,200')은 알루미늄 금속을 양극산화하여 형성된 산화알루미늄이 바람직할 수 있다.
한편, 유체투과성 양극산화막(200,200')의 상면(210) 및 하면(230)을 관통하도록 투과홀(350)이 형성된다. 도 2, 도 4 및 도 5(a)의 제1실시예에서 투과홀(350)은 다공층(300) 및 베리어층(380)을 모두 관통하여 형성된다. 그리고 도 3 및 도 5(b)의 제2실시예에서 투과홀(350)은 다공층(300)을 관통하도록 형성된다.
투과홀(350)은 유체투과성 양극산화막(200,200')의 상면(210) 및 하면(230)을 관통하며 다수 개가 형성된다.
다수의 투과홀(350)의 이격된 사이에는 다수의 기공홀(310)이 위치한다. 다시 말해, 인접하는 두 개의 투과홀(350) 사이에는 다수 개의 기공홀(310)이 위치한다. 또한, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 인접하는 두 개의 기공홀(310) 사이의 이격 간격(d2)은, 인접하는 두 개의 투과홀(350) 사이의 이격 거리(d1)보다 작다(d1>d2).
또한, 투과홀(350)의 내부 폭은 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 기공홀(310)의 내부 폭보다 크다. 도 5(a)의 단면도와 같이, 투과홀(350)의 내부 폭(d3)은 기공홀(310)의 내부 폭(d4)보다 크게 형성된다(d3>d4).
또한, 투과홀(350)은 양극산화막(200)을 에칭하여 형성가능하므로, 투과홀(350)은 기공홀(310)과 나란한 방향으로 수직으로 형성된다. 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 투과홀(350)은 유체투과성 양극산화막(200)의 일단에서 유체투과성 양극산화막(200)의 타단까지 일정한 내부 폭을 갖는다(d3=d5). 다시 말해, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 투과홀(350)은 상단에서 하단까지 내부 폭이 일정하다. 투과홀(350)의 내부 폭(d3)은 300 nm(나노미터) 내지 수 mm(밀리미터) 범위를 가진다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 유체투과성 양극산화막(200)의 두께(t)는 유체 통과시 구조적인 안정성을 고려하여, 유체투과성 양극산화막(200)의 두께(t)는 0.4μm(마이크로미터) 내지 200μm(마이크로미터) 범위를 가진다.
그리고 유체투과성 양극산화막(200)은 반투명하여, 투과홀(350)에 끼는 불순물의 정도를 확인할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 유체투과성 양극산화막(200)은 유체 흐름방향으로 휘어질 수 있는 유연성을 가진다.
도 6을 참고하여 유체투과성 양극산화막(200)의 유연성에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 도 6(a)에는 유체투과성 양극산화막(200)이 유체투과성 부재(400)의 하면에 결합된 단면 상태가 도시되어 있다. 유체투과성 부재(400)에는 다수 개의 구멍(410)이 관통되어 형성될 수 있다.
도 6(b)에 도시한 바와 같이, 유체가 유체투과성 부재(400)의 구멍(410)을 통과하여 유체투과성 양극산화막(200)의 상면(210)으로 유입되면, 구멍(410)에 대응되어 유체투과성 부재(400)에 고정되지 않은 부분은 하측 방향으로 볼록하게 휘어지게 된다. 다시 말해, 구멍(410)의 하측에 대응되어 유체투과성 부재(400)에 고정되지 않은 부분의 상면(210) 및 하면(230)의 곡률 반경은 작아진다. 그래서 유체투과성 양극산화막(200)의 하면(230)에 인접한 투과홀(350)의 하단부가 확공되는 효과가 있어 투과홀(350)을 통과하는 유체의 확산 범위가 확대된다.
이상과 같이, 본 발명의 유체투과성 양극산화막(200,200')은 자체에 형성된 기공홀(310)보다 큰 내부 폭을 가지는 투과홀(350)이 형성되어, 투과홀(350)을 통해 막힘없이 유체가 통과되며 고르게 확산 가능하다.
또한, 종래의 기공홀(310)의 일부를 확공하는 경우처럼 기공홀(310)을 형성하는 내벽을 허물지 않기 때문에, 구조적 강도를 유지할 수 있다.
또한, 투과홀(350)은 에칭에 의해 형성 가능하므로 제조도 용이하다.
이하에는 도 7을 참고하여, 본 발명의 유체투과성 양극산화막(200,200') 제조방법에 관해 설명한다.
유체투과성 양극산화막(200,200') 제조방법은, 금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀(310)을 형성하는 단계(S1);와, 상기 금속을 제거하는 단계(S2);와, 기공홀(310)의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 유체투과성 양극산화막(200,200')을 관통하는 투과홀(350)이 형성되도록 기공홀(310)이 형성된 유체투과성 양극산화막(200,200')을 에칭하는 단계(S3 및 S4);를 포함한다.
또한, 유체투과성 양극산화막(200,200')을 에칭하는 단계(S3 및 S4)는, 유체투과성 양극산화막(200,200')을 마스킹하는 단계(S3);와, 에칭에 의해 투과홀(350)을 형성하는 단계(S4);를 포함한다.
첫째, 기공홀(310)을 형성하는 단계(S1)는, 모재인 금속을 양극 산화함으로써 상기 금속의 외부에 형성된다.
둘째, 상기 금속을 제거하는 단계(S2)는, 상기 금속을 양극 산화한 후에 모재인 상기 금속을 제거하는 단계이다. 상기 금속을 제거할 때, 기공홀(310)이 형성된 다공층(300)과 베리어층(380)이 남도록 형성할 수 있고, 또는 기공홀(310)이 상하 방향으로 관통된 다공층(300)만 남도록 형성할 수 있다.
셋째, 유체투과성 양극산화막(200,200')을 마스킹하는 단계(S3)는, 형성하고자 하는 투과홀(350)의 패턴대로 유체투과성 양극산화막(200,200')의 일면을 마스킹하는 단계이다. 다시 말해, 유체투과성 양극산화막(200,200')에서 투과홀(350)을 형성하고자 하는 영역 이외의 부분을 에칭 용액으로부터 보호하기 위해 커버하는 단계이다.
넷째, 유체투과성 양극산화막(200,200')을 에칭하는 단계(S4)는, 에칭 용액으로 투과홀(350)을 형성하는 단계이다. 에칭 용액에 의해 마스킹되지 않은 영역만 에칭되어 투과홀(350)이 형성된다.
이상과 같이, 에칭에 의해 기공홀(310)보다 큰 내부 폭을 가지는 투과홀(350)을 용이하게 형성할 수 있을 뿐 아니라, 구조적 안정성도 유지할 수 있고, 제조가 용이하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
200,200': 유체투과성 양극산화막 210: 상면
230: 하면 300: 다공층
310: 기공홀 350: 투과홀
380: 베리어층 400: 유체투과성 부재
410: 구멍

Claims (14)

  1. 유체투과성 양극산화막에 있어서,
    금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀; 및
    상기 기공홀의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 상기 유체투과성 양극산화막을 관통하는 투과홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투과홀은 상기 유체투과성 양극산화막의 일단에서 상기 유체투과성 양극산화막의 타단까지 일정한 내부 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 투과홀의 이격된 사이에 다수의 상기 기공홀이 위치하는 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기공홀은 유체 불투과성인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기공홀은 상기 유체투과성 양극산화막의 상, 하로 관통된 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체투과성 양극산화막은 상기 기공홀이 형성되는 다공층과, 상기 다공층의 하부에 형성되어 상기 기공홀의 일단을 폐쇄하는 베리어층으로 구성된 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄 금속을 포함하고, 상기 유체투과성 양극산화막은 상기 알루미늄 금속을 양극산화하여 형성된 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기공홀 사이의 이격 간격은 상기 투과홀 사이의 이격 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체투과성 양극산화막은 반투명 재질인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체투과성 양극산화막은 유체 흐름방향으로 휘어질 수 있는 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체투과성 양극산화막의 두께는 0.4μm~200μm 인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 기공홀의 내부 폭은 수nm~300nm 인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 투과홀의 내부 폭은 300nm ~ 수 mm 인 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막.
  14. 유체투과성 양극산화막의 제조방법에 있어서,
    금속을 양극 산화하여 형성되어 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀을 형성하는 단계; 및
    상기 기공홀의 내부 폭보다 큰 내부 폭을 갖으면서 상기 유체투과성 양극산화막을 관통하는 투과홀이 형성되도록 상기 기공홀이 형성된 상기 유체투과성 양극산화막을 에칭하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체투과성 양극산화막의 제조방법.

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