KR20170108475A - 전환형 초소수성 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전환형 초소수성 필름은, 마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층; 및 상기 패턴 상에 배치되며, 상기 패턴보다 작은 크기의 나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 포함하되, 상기 나노구조물이 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 갖는 유기분자로 개질되어 있고, 상기 소수성 부분이 상기 나노구조물층 표면에 결합되어 있어 전원 공급시 소수성이 향상되는 것으로서, 친수성-소수성 전환이 용이하며, 유기분자에 의한 발수성과 계층 구조에 의한 발수성이 결합되어 초소수성을 나타낼 수 있는 전환형 초소수성 필름을 제공한다.

Description

전환형 초소수성 필름 및 이의 제조방법{SWITCHABLE SUPERHYDROPHOBIC FILM AND PREPARING METHOD OF SAME}
본 발명은 전압인가에 따라 표면의 친수성-소수성 특성의 전환이 가능한 전환형 초소수성 필름 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
초소수성은 물체의 표면이 극히 젖기 어려운 표면의 물리적 특성을 말하는 것으로, 초소수성 표면은 자연계의 연잎(lotus leaf) 표면에서 최초로 발견되었으며, 연잎 표면의 구조 및 자가 세정(self-cleaning) 효과에 대해 보고되어 있다. 연잎 표면의 물에 대한 접촉각은 160.40°이며, 연잎의 표면은 마이크로 스케일의 기둥(bump)과 나노미터 스케일의 기둥(nanopillar)이 존재하며, 동시에 표면에 왁스와 비슷한 표면에너지가 낮은 화학물질이 분포하고 있어 초소수성이 유지되며, 이로 인해 먼지와 같은 입자들이 물방울에 흡수되어 자가 세정을 할 수 있는 것으로 보고되고 있다.
이러한 초소수성 표면은 구조적인 특성과 화학적 특성이 적절하게 조합되었을 때 발현될 수 있는 성능으로, 표면에너지가 낮은 물질과 마이크로-나노 스케일의 이중구조로 이루어져 물방울과 표면의 접촉면적이 최소화되어야 한다.
최근에는 외부자극을 이용하여 기존의 재료들이 단지 주어진 환경 변화를 수동적으로 견딘다는 한계를 넘어서 초발수-초친수로 표면 특성을 가역적으로 제어할 수 있는 기술이 연구되고 있다. 외부 자극에 응답하는 재료는 인텔리전트 소재와 유사한 개념으로 빛, 온도, pH, 전기장, 용매 등 외부 환경의 작은 변화에도 반응하여 공간적 형태나 집합상태가 바뀌는 특이한 응답 특성을 보이는 것이다. 따라서 이러한 외부 자극 응답성 재료들을 소재 표면에 도입함으로써 볼 수 없었던 새로운 특성을 지니는 기능성 스마트 표면을 구현할 수 있으며, 마이크로유체기기, 바이오센서, 광학기기, 투과막 등에 적용되는 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전압을 인가함에 따라 그 친수성-소수성 특징이 변화하는 특징을 갖는 전환형 초소수성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 전환형 초소수성 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전술한 기술적 과제를 해결하기 위해,
마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층; 및
상기 패턴 상에 배치되며, 상기 패턴보다 작은 크기의 나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 포함하되, 상기 나노구조물이 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 갖는 유기분자로 개질되어 있고, 상기 소수성 부분이 상기 나노구조물층 표면에 결합되어 있어 전원 공급시 소수성이 향상되는, 전환형 초소수성 필름을 제공한다.
또한, 상기 친수성 관능기 말단이 전원 공급에 따라 탄소나노구조물 표면에 결합되는 것일 수 있다.
또한, 상기 패턴이 상부로 갈수로 폭이 좁아지며, 마이크로 또는 나노 크기의 볼록부를 가지며, 그에 대응하는 형태의 오목부를 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 볼록부가 원뿔, 원뿔대, 삼각 또는 사각의 다각뿔, 또는 삼각 또는 사각의 다각뿔대의 형태일 수 있다.
또한, 전원 공급 전 상기 전환형 초소수성 필름의 물에 대한 접촉각은 40° 내지 60°일 수 있다.
또한, 상기 전원 공급 직후 상기 전환형 초소수성 필름의 물 접촉각이 100°이상이고, 전원 공급 시간에 비례하여 상기 물에 대한 접촉각이 증가하는 것일 수 있다.
또한, 상기 나노구조물이 나노튜브, 나노로드, 나노헤어, 나노파이버, 나노콘 또는 나노호른일 수 있다.
또한, 상기 나노구조물이 가늘고 긴 구조의 막대형 또는 와이어형의 구조물일 수 있다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위해서,
전도성 전극상에 마이크로 및 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 반도체층 상에 상기 요철 패턴보다 작은 크기이며, 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 포함하는 유기분자로 표면이 개질된 탄소나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은, 마이크로 또는 나노 패턴이 형성된 반도체층 상에 상기 마이크로 또는 나노 패턴보다 작은 크기이며, 친수성 관능기와 소수성 주쇄를 갖는 유기분자가 표면에 결합된 나노구조물이 반도체층 상에 배치된 전환형 필름을 제공함으로써, 상기 반도체층에 유기분자의 친수성기와 반대의 전하를 갖는 전압을 인가하면 필름이 소수성으로 변하거나 또는 소수성이 더 강하게 나타며, 전압을 끊거나, 또는 반대의 전압을 걸어주면 소수성이 저하되거나, 친수성으로 변하게 되어, 소수성-친수성이 전압인가에 따라 전환이 용이할 뿐만 아니라, 상기 마이크로 또는 나노 패턴 및 나노구조물에 의한 미세계층구조 형성에 의해 구조적인 발수특성을 나타냄과 동시에 유기분자의 소수성 주쇄에 의한 화학적 발수특성이 동시에 형성되어, 초소수성 특성을 갖는 전환형 초소수성 필름을 제공할 수 있다. 이러한 전환형 초소수성 필름은 친수성과 소수성이 동시에 필요하거나 조건에 따라 변환되어야 하는 특성을 필요로하는 분야에 효율적으로 적용될 수 있다.
도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브의 표면 개질 방법을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명에 따른 전압인가에 의한 발수성 변화하는 전환성 필름의 작동원리를 설명하는 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전압인가 시간별 발수 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 전환형 초소수성 필름은,
마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층; 및
상기 패턴 상에 배치되며, 상기 패턴보다 작은 크기의 나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 포함하되, 상기 나노구조물이 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 갖는 유기분자로 개질되어 있고, 상기 소수성 부분이 상기 전도성 나노입자 또는 와이어의 표면에 결합되어 있어 전원 공급시 소수성이 향상되는, 전환형 초소수성 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 전환형 초소수성 필름은 상기 유기 분자의 소수성 주쇄 부분이 나노구조물 표면에 결합되어 있으며, 상기 친수성 관능기 말단부가 전원 공급에 따라 나노구조물 표면에 결합될 수 있어, 유기 분자의 소수성 주쇄부분이 표면으로 노출되고, 따라서, 필름의 표면이 소수성으로 전환되는 원리로 작동될 수 있다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전환형 초소수성 필름의 구조를 나타나내고 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초소수성 필름은, 금속 전극 상에 상기 반도체층이 상부로 갈수록 표면적이 줄어드는 마이크로 또는 나노 패턴이 형성된 반도체층이 위치하며, 상기 반도체층의 패턴상에 상기 패턴보다 크기가 작으며, 표면에 친수성 관능기 및 소수성 주쇄를 포함하는 유기분자가 결합되어 있는 나노구조물이 결합되어 있는 구조를 포함하는 계층 구조를 포함할 수 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 표면 개질방법을 나타내고 있다. 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브는 표면에 플라즈마 처리를 통하여 탄소나노튜브 표면의 6각 링 구조를 개질함으로써 표면에 카르복실기를 가질 수 있도록 처리한 후, 축합 반응 등을 통하여 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 갖는 유기분자와의 화학적 공유 결합을 형성할 수 있다. 이 때 화학적 결합은 소수성 주쇄가 결합하도록 유도될 수 있다. 이는 한 예로서 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방향의 화학적 결합을 유도할 수 있다.
상기 전환형 초소수성 필름은 금속 전극에 형성된 상기 유기분자의 친수성 관능기에 의해 친수의 친수성 관능기와 반대의 전하를 띄는 전압을 인가함으로써, 상기 친수성 관능기가 나노구조물의 표면에 결합하게 되어 유기분자의 소수성 주쇄 부분이 표면으로 노출되면서, 나노구조물의 표면특성을 소수성으로 전환시키게 된다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 것과 같이 친수성 관능기가 음전하를 갖는 경우 반도체를 통해 양전하를 갖는 전압을 인가하게 되면, 음전하를 띄는 친수성 관능기가 나노구조물의 표면에 결합하여, 소수성의 주쇄 부분이 표면으로 노출됨으로써 필름이 소수성으로 전환되는 원리일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 필름은 전압을 인가하지 않은 상태에서는 나노구조물층에 결합된 유기분자의 친수성 관능기에 의해 친수성을 나타낼 수 있는데, 본 발명과 같이 마이크로 또는 나노패턴 및 나노구조물층에 의한 나노패턴이 계층적으로 형성된 구조에서는 초친수성이 나타날 수 있는 가능성이 있으며, 따라서, 초친수성-초소수성의 전환이 가능한 필름을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소수성에 전환에 따른 발수 특성은 물에 대한 접촉각의 크기를 측정하는 것으로 측정될 수 있으며, 본 발명에 따른 초소수성 필름은 기본적으로 100°이상의 접촉각을 나타내며, 바람직하게는 110°이상 보다 바람직하게는 120°이상의 접촉각을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 초소수성 필름은 기본적으로 마이크로-나노 크기의 요철 패턴 및 상기 패턴 상에 형성된 나노구조물에 의해 발수특성이 보다 향상되어 나타날 수 있음과 동시에, 또한, 나노구조물만을 사용하는 것보다 유기 분자가 표면에 결합된 나노구조물을 사용함으로써, 그 발수특성이 상기 구조에 의한 발수특성과 유기분자의 소수성 주쇄에 의한 화학적 발수특성이 동시에 적용될 수 있어, 나노구조물만을 사용하는 것보다 현저히 향상된 발수 특성을 나타냄으로써, 초소수성을 갖는 필름을 형성할 수 있다.
또한, 전압의 세기 및 전압의 인가시간을 조절하는 것으로 유기분자의 결합정도를 제어함으로써, 발수특성의 조절이 가능할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 초소수성 필름은 전압인가 시간에 따른 접촉각의 변화가 하기 식 1의 상관관계식의 범위를 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
-0.027xin 2 + 3.9xin + 10 ≤ yin ≤ -0.027xin 2 + 3.9xin + 30
상기 식에 있어서,
xin은 전압 인가 시간에 따른 변수이며,
yin은 물에 대한 접촉각(θ°)이다.
또한, 본 발명에 따른 초소수성 필름은 전압해제 후 시간에 따른 물에 대한 접촉각의 변화가 하기 식 2의 상관관계식의 범위를 만족하는 것일 수 있다.
[식 2]
-0.044xout 2 + 1.3xout + 135 ≤ yout ≤ -0.044xout 2 + 1.3xout + 155
xout는 전압 해제 시간에 따른 변수이며,
yout는 물에 대한 접촉각(θ°)이다.
본 발명에 따른 유기분자는 상기 소수성 주쇄 부분이 상기 나노구조물에 결합된 형태일 수 있으며, 바람직하게는, 탄소나노구조물 표면에 비가역적으로 결합된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 나노구조물은 가늘고 긴 구조의 막대형 또는 와이어형의 구조물일 수 있으며, 예를 들면, 나노튜브, 나노로드, 나노헤어, 나노파이버, 나노콘 또는 나노호른에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 나노구조물의 재료로는, 반도체 및 도체의 성격을 갖는 물질이면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 예를들면, 탄소나노구조체, Si, Cu, SiGe, 타이타늄산바륨(barium titanate, 예를 들어 BaTiO3), 또는 타이타늄산스트론튬(strontium titanate, 예를 들어 SrTiO3)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노구조물은 탄소나노구조체(CNS, carbon nano structure) 일 수 있으며, 구체적으로는 탄소나노튜브, 탄소나노로드, 탄소나노헤어, 탄소나노파이버, 탄소나노콘 또는 탄소나노호른에서 선택되는 CNS일 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브, 탄소나노로드 및 탄소나노파이버일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소나노구조물의 평균길이는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소나노구조물의 직경은 수 nm 내지 수십 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 20 nm 내지 100 nm, 보다 바람직하게는 30 nm 내지 70 nm 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소나노구조물이 상기 반도체상에 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 나노구조물은 표면에 소수성 주쇄 부분과 음전하 또는 양전하를 띄는 친수성 관능기를 포함하는 유기분자가 결합되어 있으며,
본 발명에 따른 유기분자에 있어서, 상기 소수성 주쇄 부분은 직쇄 또는 분지쇄 형태일 수 있고, C10 내지 C200 알킬렌, C10 내지 C200 알케닐렌, C10 내지 C200 알키닐렌, 치환된 C10 내지 C200 알킬렌, 치환된 C10 내지 C200 알케닐렌, 치환된 C10 내지 C200 알키닐렌, C10 내지 C200 사이클로알킬렌, 치환된 C10 내지 C200 사이클로알킬렌, C10 내지 C200 아릴렌, C10 내지 C200 헤테로아릴렌, 치환된 C10 내지 C200 아릴렌, 또는 치환된 C10 내지 C200 헤테로아릴렌일 수 있다.
본 발명에 따른 유기분자에 있어서, 상기 음전하 또는 양전하를 띄는 친수성 관능기는 히드록시기, 카보닐기, 카복실기, 술폰기, 아미노기, 암모늄기 및 -COOM(상기에서, M은 알칼리 금속 또는 NH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 유기분자를 나노구조물 상에 결합시키는 방법은, 일반적으로 탄소나노튜브의 표면개질 방법은 초음파처리, 밀링 및 고전단력을 이용한 기계적 표면개질, 산처리에 의한 탄소원자와 기능기간의 화학적 공유결합을 이용하는 공유결합 표면 개질 등이 대표적이다. 본 발명에서는 기판 위에 탄소나노튜브를 합성하여 기계적 표면개질이 불가능하므로 화학적 표면개질 방법을 사용하였다. 공유결합 표면개질은 탄소나노튜브 표면의 sp3 혼성화를 부분적으로 붕괴시키면서 표면작용기를 도입하는 것을 의미하는데, 표면개질 그룹이나 분자가 탄소나노튜브 표면에 공유결합하는 것을 1단계 표면개질이라 하며, 표면 개질 후 두 번째 작용기를 도입하는 것을 2단계 표면개질이라 한다. 또는 이러한 1, 2 단계 반응을 1 step 으로 진행 역시 가능하다. 가장 일반적인 공유결합적 표면개질은 강산, 예를 들면, 질산, 황산-질산 혼합물, 황산-과산화수소 혼합물 등에 의한 산화반응을 이용할 수 있는데, 구체적인 한 실시예로 5M HNO3 와 5M KOH 혼합용액에 넣어 24 시간 동안 침지처리한 후 증류수로 pH 가 중성이 되도록3 회 이상 세척하여 완전히 건조시킨다. 산화 처리 후 생성되는 탄소나노튜브의 결점에 카르복실기, 하이드록실기, 카보닐기, 에스터기, 나이트로기 같은 작용기를 도입할 수 있게 되고, 이를 이용하여 공유결합을 유도할 수 있게 된다. 그러나 공유결합 표면개질은 탄소나노튜브를 구성하는 탄소들의 강한 sp2 혼성결합에 때문에 쉽게 일어나지 않으므로, 이를 개선하기 위해 높은 반응성을 보유한 불소라디칼을 도입함으로써 2단계 표면개질에 의한 작용기 도입이 수월해 질 수 있다. 이후 극성을 띠며 말단이 히드록시기, 카보닐기, 카복실기, 술폰기, 아미노기, 암모늄기 및 -COOM(상기에서, M 은 알칼리 금속 또는 NH4)으로 이루어진 군으로부터 친수성 단분자를 선택하여 2차 개질을 실시하는 방법일 수 있다.
예를 들면, 나노구조물의 표면을 산 혹은 플라즈마 처리하여 카르복실기 등을 포함하는 작용기를 형성하는 단계; 및
상기 나노구조물 표면에 형성된 작용기와 유기분자 주쇄의 말단을 축합반응 등의 방법을 통하여 화학적 공유결합 및 배위결합을 유도하는 단계를 포함하는 표면 개질 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상기와 같은 초소수성 필름을 제조하기 위해,
전도성 전극상에 마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 반도체층 상에 상기 패턴보다 작은 크기이며, 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 포함하는 유기분자로 표면이 개질된 나노구조물을 배치시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층을 형성하는 방법으로는 통상적으로 알려진 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 반도체 층의 표면을 염기 또는 산 용액을 이용하는 습식식각, 플라즈마를 이용한 건식식각, 또는 양극산화법을 사용하여 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노구조물을 상기 반도체 상에 형성시키는 방법은, 스핀코팅, 스프레이코팅 또는 전기방사법, 전기영동법, LB(Langmuir-Blodget)법, 화학기상증착법(CVD), 다층 침지법, 졸-겔법 또는 자기조립법 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 탄소나노튜브를 화학기상증착법(CVD)을 사용하여 형성하는 경우에는 상기 반도체 층의 마이크로/나노 패턴 상에 니켈, 철, 코발트 등의 금속 촉매층을 형성한 후, 상기 금속 촉매층 상에 탄화수소를 탄소원으로 공급하면서 열, 플라즈마, 또는 레이저 등의 에너지를 가한다. CVD 법을 사용하여 형성된 상기 나노구조물은 상기 반도체층 패턴의 표면 상에 수직 또는 그물상으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 발수성이 더욱 증대될 수 있다.
본 발명에 따른 친수성-소수성의 전환이 가능한 전환형 초소수성 필름은 이러한 전환형 초소수성 필름은 친수성과 소수성이 동시에 필요하거나 조건에 따라 변환되어야 하는 특성을 필요로하는 분야에 효율적으로 적용될 수 있으며, 예를 들면 마이크로유체기기, 바이오센서, 광학기기, 투과막 등에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제조예
실리콘 기판을 NH4OH:H2O2:DI워터(1:1:5) 용액(SC1)을 사용하여 70에서 5분간 세척하여 금속 및 유기물을 제거한 후, HCl:H2O2:DI워터(1:1:5) 용액(SC2)을 사용하여 70에서 5분간 세척하여 금속 잔류물을 제거하였다. 이후, 54% HF 용액에 상기 실리콘 기판을 30초 담지하여 산화막을 제거하였다. 4M KOH:IPA(14:1) 용액을 이용하여 80에서 10분간 식각하여 상기 실리콘 기판 상에 요철 패턴을 형성한 후, 아세톤과 에틸알코올을 이용하여 세척하였다.
상기 요철 패턴을 구비하는 실리콘 기판 상에 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)법을 이용하여 15nm/1nm/1nm 두께의 Al/Fe/Al 촉매층을 증착하였다. 상기 촉매층이 증착된 기판을 CVD 챔버 내에 위치시키고, 400℃에서 10분간 열처리한 후, NH3 가스를 780℃에서 300 sccm 속도로 10분간 공급하여 산화층을 제거하였다.
그 후, 탄소 공급원으로 C2H2 가스를 800℃에서 20 sccm 속도로 10분간 공급하여 SWCNT를 합성한 후, 실온까지 냉각시켰다.
실시예 1 <전압 인가에 따른 접촉각의 변화>
제조예를 통해 형성된 필름에 반도체층의 양단에 전극들을 형성한 후, 상기 전극들 사이에 50V의 전압을 일정 동안 인가하여 접촉각을 측정하여 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
* 전압 인가전 접촉각 : 40°
전압인가시간(분) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
접촉각(°) 43 60 71 83 99.8 112 125 139 143.8 149 152 153.4
실시예 2 <전압 해제에 따른 접촉각의 변화>
상기 실시예 1을 통해 일정 시간동안 전압이 인가된 필름으로부터 전압을 해제한 후 전압 해제 시간에 따른 접촉각의 변화를 측정하여 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다. 전압 해제전 접촉각은 상기 실시예 1의 60분 지점의 접촉각과 동일하다.
전압인가시간(분) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
접촉각(°) 153 152.5 151 148 143.3 140.5 136 130 118.6 95.3 80 58
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 마이크로 또는 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층; 및
    상기 마이크로 또는 나노 패턴 상에 배치되며, 상기 패턴보다 작은 크기의 나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 포함하되, 상기 나노구조물이 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 갖는 유기분자로 개질되어 있고, 상기 소수성 주쇄 부분이 상기 나노구조물층 표면에 결합되어 있어 전원 공급시 소수성이 향상되는, 전환형 초소수성 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 관능기 말단이 전원 공급에 따라 탄소나노구조물 표면에 결합되는 것인, 전환형 초소수성 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴이 상부로 갈수로 폭이 좁아지며, 마이크로 또는 나노 크기의 볼록부를 가지며, 그에 대응하는 형태의 오목부를 갖는 것인, 전환형 초소수성 필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 볼록부가 원뿔, 원뿔대, 삼각 또는 사각의 다각뿔, 또는 삼각 또는 사각의 다각뿔대의 형태인, 전환형 초소수성 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    전원 공급 전 상기 전환형 초소수성 필름의 물 접촉각이 40° 내지 50°인, 전환형 초소수성 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 직후 상기 전환형 초소수성 필름의 물 접촉각이 40°이상이고, 전원 공급 시간에 비례하여 상기 물 접촉각이 증가하는 것인, 전환형 초소수성 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조물이 나노튜브, 나노로드, 나노헤어, 나노파이버, 탄소나노콘 또는 나노호른인, 전환형 초소수성 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조물은,
    나노구조물을 산처리 또는 플라즈마 처리하여 상기 나노구조물 표면에 작용기를 형성하는 단계; 및
    상기 작용기와 결합가능한 작용기를 포함하는 유기기를 이용하여 공유결합 또는 배위결합을 유도하는 단계를 포함하는 방법으로 표면이 개질된 것인 전환형 초소수성 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노구조물이 가늘고 긴 구조의 막대형 또는 와이어형의 구조물인, 전환형 초소수성 필름.
  10. 실리콘 전극상에 마이크로 및 나노 패턴의 표면을 구비하는 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체층 상에 상기 요철 패턴보다 작은 크기이며, 소수성 주쇄 및 친수성 관능기 말단을 포함하는 유기분자로 표면이 개질된 나노구조물을 포함하는 나노구조물층을 형성하는 단계를 포함하는 전환형 초소수성 필름의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전환형 초소수성 필름에 전압을 인가하여, 나노구조물을 상기 친수성 관능기 말단의 전하와 반대 전하로 하전시켜 상기 친수성 관능기 말단을 상기 나노구조물에 결합시키는 방법으로 친수성-소수성이 전환되는 전환형 초소수성 필름의 제조방법.
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