KR20180099990A - 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재의 표면에서 실링제 접촉 영역을 포함하는 영역에 레이저 가공으로 마이크로 패턴을 형성하는 마이크로 패턴 형성 단계를 포함하며, 상기 마이크로 패턴 형성 단계 후에 상기 실링제 접촉 영역의 일측 또는 양측으로 소정 폭의 옴니포빅층 형성 영역에 옴니포빅 물질을 코팅하여 옴니포빅층을 형성하는 옴니포빅층 형성 단계를 더 포함하는 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층을 개시한다.

Description

표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층{Surface Treatment Method and Surface Structure Layer By the Same}
본 발명은 기재 표면에 대한 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층에 관한 것이다.
다양한 구동 부품들은 오일의 윤활 작용 또는 에너지 전달 작용을 필요로 한다. 자동차용으로 사용되는 구동 부품은 유압식 동력 보조 조향 장치(파워 스티어링), 자동 변속기, 엔진등이 있다. 공작 기계 또는 압출기용으로 사용되는 구동 부품은 다양한 기어 박스, 액츄에이터등이 있다. 상기 구동 부품들은 기어와 같은 구동 요소가 내부에 수용되는 케이스 본체와 케이스 본체를 밀폐하는 케이스 커버를 포함하여 형성된다. 상기 케이스 본체의 내부에는 다양한 종류의 오일이 구동 요소와 함께 수용된다.
상기 케이스 본체는 구동 요소와 오일이 내부로 충진되는데 필요한 경로를 제공하는 개방부가 상측 또는 일측에 형성된다. 상기 케이스 커버는 케이스 본체의 개방부를 밀폐한다. 상기 케이스 본체의 개방부 주위에는 실링제가 도포된다. 상기 실링제는 케이스 본체와 케이스 커버 사이에 위치하여 압착되면서 케이스 본체와 케이스 커버 사이를 밀폐한다. 상기 실링제는 구동 요소의 작동에 따라 발생되는 압력에 의한 손상 또는 시간의 경과에 따른 노화로 인하여 케이스 본체 또는 케이스 커버와의 접착력이 저하된다. 상기 구동 부품은 실링제의 접착력이 저하되면서 케이스 본체 내부의 오일이 외부로 유출되거나, 외부의 수분이나 다른 종류의 오일이 케이스 내부로 유입되는 문제가 있다. 한편, 상기 케이스 본체에 냉각수와 같은 물이 충진되는 경우에도 동일한 문제가 발생될 수 있다.
최근에는 상기 케이스 본체와 케이스 커버에서 실링제와 접촉되는 영역을 플라즈마 처리하여 접착력을 유지시키는 방법이 개발되고 있다. 그러나 상기 플라즈마에 의한 표면 처리는 그 효과가 장시간 유지되지 못하는 측면이 있다. 또한, 상기 플라즈마 장비가 고가이므로 공정 비용이 증가되는 측면이 있다.
본 발명은 기재 표면에 친수성을 부여하여 실링제와의 접착력을 증가시키는 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기재 표면에 옴니포빅 특성을 추가로 부여하여 오일 또는 물의 침투를 방지하는 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층에 관한 것이다.
본 발명의 표면 처리 방법은 기재의 표면에서 실링제 접촉 영역을 포함하는 영역에 레이저 가공으로 마이크로 패턴을 형성하는 마이크로 패턴 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 표면 처리 방법은 상기 마이크로 패턴 형성 단계 후에 상기 실링제 접촉 영역의 일측 또는 양측으로 소정 폭의 옴니포빅층 형성 영역에 옴니포빅 물질을 코팅하여 옴니포빅층을 형성하는 옴니포빅층 형성 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 옴니포빅층 형성 영역은 상기 마이크로 패턴이 형성되며, 상기 옴니포빅층은 상기 옴니포빅 물질이 마이크로 패턴의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 옴니포빅층 형성 단계는 상기 실링제 접촉 영역에 실링제가 도포된 후에 진행되며, 상기 옴니포빅층은 상기 기재의 표면과 상기 실링제의 경계부 및 상기 실링제 접촉 영역을 포함하는 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴은 상기 기재 표면으로부터 하부로 형성되는 트렌치 구조로 형성되며, 상기 트렌치 구조는 격자 형상 패턴, 벌집 형상 패턴 또는 스트라이프 형상 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
또한, 상기 트렌치 구조는 연장 방향에 수직인 방향의 폭이 1 ~ 500㎛이 되도록 형성되며, 상기 마이크로 패턴은 상기 트렌치 구조의 서로 이격되는 이격 거리가 1 ~ 1,000㎛이 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴은 상기 기재 표면으로부터 상부로 돌출되는 돌기 구조로 형성되며, 상기 돌기 구조는 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥, 원뿔대, 사각뿔대 또는 육각뿔대 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌기 구조는 폭 또는 직경이 1 ~ 500㎛이며, 상기 마이크로 패턴은 상기 돌기 구조의 이격 거리가 1 ~ 1,000㎛이 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 옴니포빅층은 0.1nm ~ 10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 옴니포빅층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 하기의 구조식(1)로 표시되는 실란계 화합물을 포함할 수 있다.
구조식(1)
Figure pat00001
또는
Figure pat00002
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
또한, 상기 옴니포빅층은 TixOy, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy, ZrxOy, 그래핀 및 그래핀옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함하는 베이스 입자의 표면에 상기 실란계 화합물이 코팅되어 형성되는 옴니포빅 입자가 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 기재는 표면에 산화층이 형성되는 금속 재질이며, 상기 실란계 화합물의 실란기가 상기 기재 표면에 형성되는 금속기(-M) 또는 산소기(-O)와 자기 결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 옴니포빅층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 하기의 구조식(2)로 표시되는 인산계 화합물을 포함할 수 있다.
구조식(2)
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
또한, 상기 옴니포빅층은 TixOy, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy, ZrxOy, 그래핀 및 그래핀옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함하는 베이스 입자의 표면에 상기 인산계 화합물이 코팅되어 형성되는 옴니포빅 입자가 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 기재는 표면에 산화층이 형성되는 금속 재질이며, 상기 인산계 화합물의 인산기가 상기 기재 표면의 금속기(-M) 또는 산소기(-O)와 자기 결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 실링제 접촉 영역은 상기 기재의 표면에 하부 방향으로 형성되어 실링제가 수용되는 실링제 수용 홈으로 형성되며, 상기 마이크로 패턴은 상기 실링제 수용 홈의 바닥면 및 내측면에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 표면 구조층은 상기와 같은 표면 처리 방법에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명의 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층은 기재 표면에서 실링제가 접촉되는 영역에 레이저 가공으로 마이크로 패턴을 형성하여 친수성(hydrophilic)을 부여함으로써 실링제와의 접착력을 증가시키고 오일 또는 물의 침투를 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층은 기계적인 방법으로 기재 표면에 친수성을 부여하므로 친수성이 반영구적으로 유지되는 효과가 있다.
본 발명의 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층은 마이크로 패턴이 형성된 실링제 접촉 영역의 외측에 추가로 화학적인 방법으로 옴니포빅층을 형성하여 옴니포빅 특성이 부여함으로써 오일이 유출되거나 수분이나 다른 종류의 오일이 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층은 기존의 플라즈마 처리에 비하여 상대적으로 저렴한 레이저 가공을 이용하여 친수성을 부여하므로 공정 비용이 감소되는 효과가 있다.
본 발명의 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층은 레이저 가공을 이용하므로 마이크로 패턴을 필요로 하는 실링제 접촉 영역에 정확하게 형성하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 표면 구조층의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 마이크로 패턴의 확대 사진이다.
도 5는 도 4의 마이크로 패턴의 표면에 옴니포빅층이 형성된 상태의 확대 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 벌집 형상 패턴을 갖는 마이크로 패턴의 확대 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 돌기 구조를 갖는 마이크로 패턴의 확대 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 표면 구조층의 수직 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리 방법에 따른 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의한 옴니포빅층의 평가 결과 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법의 공정도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 표면 구조층의 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A 수직 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 격자 형상 패턴을 갖는 마이크로 패턴의 확대 사진이다. 도 5는 도 4의 마이크로 패턴의 표면에 옴니포빅층이 형성된 상태의 확대 사진이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 벌집 형상 패턴을 갖는 마이크로 패턴의 확대 사진이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 돌기 구조를 갖는 마이크로 패턴의 확대 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법은, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 마이크로 패턴 형성 단계(S10)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 표면 처리 방법은 옴니포빅층 형성 단계(S20)를 더 포함할 수 있다.
상기 표면 처리 방법은 오일을 이용하는 구동 부품에서 구동 요소와 오일이 수용되거나 오일만이 수용되는 케이스 본체 및 케이스 본체를 밀폐하는 케이스 커버에 적용된다. 상기 표면 처리 방법은 케이스 본체의 내부에 물, 냉각수와 같은 액체가 수용되는 경우도 적용될 수 있다. 상기 케이스 본체와 케이스 커버는 구동 부품의 종류에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 케이스 본체와 케이스 커버는 서로 대향 또는 접촉되는 영역이 기재(10)를 형성한다. 상기 기재(10)의 표면의 일부에 실링제(20)가 도포 또는 장착된다. 상기 표면 처리 방법은 케이스 본체와 케이스 커버의 기재(10)의 표면에서 실링제(20)가 도포 또는 장착되어 접촉되는 영역인 실링제 접촉 영역(100a)을 포함하는 영역에 적용된다. 상기 케이스 본체와 케이스 커버가 서로 대향 또는 접촉하는 영역은 케이스 본체의 개방부의 둘레를 따라 폐곡선 형상으로 형성된다. 상기 실링제 접촉 영역(100a)은 케이스 본체의 개방부 둘레를 따라 소정 폭을 갖는 폐곡선 형상으로 형성된다. 상기 실링제 접촉 영역(100a)은 케이스 본체와 케이스 커버의 형상에 따라 다양한 평면 형상으로 형성된다.
상기 실링제(20)는 RTV 실리콘 고무(room temperature vulcanizing silicone rubber)와 같은 다양한 실링제가 사용될 수 있다. 또한, 상기 실링제(20)는 일반적인 오링(O-ring)이 사용될 수 있다. 상기 케이스 본체와 케이스 커버는 알루미늄 재질의 기재(10)로 형성되며, 표면에 알루미늄 산화막이 형성된다. 상기 케이스 본체와 케이스 커버는 구동 부품의 종류에 따라 다양한 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 재질에 따라 표면에 금속 산화막이 형성될 수 있다.
상기 표면 처리 방법은 기계적인 가공 방법인 레이저 가공에 의하여 기재(10)의 표면에서 실링제 접촉 영역(100a)에 마이크로 패턴을 형성하여 친수성을 부여한다. 따라서, 상기 표면 처리 방법은 기재(10)의 표면과 실링제(20)의 접착력을 증가시켜 오일 또는 물의 침투를 방지한다. 상기 표면 처리 방법은 기계적인 방법으로 기재(10)의 표면에 친수성을 부여하므로 친수성이 반영구적으로 유지되도록 한다.
상기 표면 구조 처리 방법은 실링제 접촉 영역(100a)의 외측에 추가로 화학적인 방법으로 옴니포빅층(120)을 형성하여 옴니포빅 특성이 부여함으로써 외부로 오일이 유출되는 것을 방지하고 내부로 수분이나 다른 종류의 오일이 유입되는 것을 방지한다. 여기서, 상기 옴니포빅 특성은 발수성(또는 소수성)과 발유성을 모두 갖는 특성을 의미하거나 발수성 또는 발유성만을 갖는 특성을 의미한다. 상기 기재(10)는 표면에 금속기(-M) 또는 산소기(-O)가 존재하는 경우에 옴니포빅 물질과 결합되면서 옴니포빅층의 접착력을 증가시킨다. 따라서, 상기 기재(10)는 바람직하게는 표면에 산화막이 형성될 수 있는 재질로 형성된다. 예를 들면, 상기 기재(10)가 알루미늄으로 형성되는 경우에 표면에 알루미늄 산화막이 형성되며, 알루미늄 산화막의 금속기와 산소기가 옴니포빅 물질과 결합된다.상기 기재(10)의 표면에 산화막이 형성되는 경우에 금속기 또는 산소기를 형성하기 위한 별도의 처리 또는 계면층을 형성할 필요가 없다.
상기 마이크로 패턴 형성 단계(S10)는 레이저 가공을 통하여 기재(10)의 표면에서 실링제 접촉 영역(100a)을 포함하는 영역에 마이크로 패턴(110)을 형성하는 단계이다. 상기 기재(10)의 표면은 평편한 평면을 이루거나 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 기재(10)의 표면은 사전에 세척 공정을 통하여 레이저 가공에 영향을 주는 오염 물질이 제거될 수 있다.
상기 마이크로 패턴(110)은 케이스 본체와 케이스 커버에서 실링제(20)가 접촉되는 실링제 접촉 영역(100a)에 모두 형성된다. 또한, 상기 마이크로 패턴(110)은 실링제(20)가 도포되는 케이스 본체 또는 케이스 커버에만 형성될 수 있다. 상기 실링제(20)는 일반적으로 케이스 본체만에 도포된다. 상기 실링제가 도포되지 않는 케이스 커버는 케이스 본체와 결합되면서 실링제와 접촉된다.
상기 마이크로 패턴(110)은 기재(10)의 표면에서 실링제(20)와 접촉되는 실링제 접촉 영역(100a)을 포함하는 영역에 형성된다. 상기 마이크로 패턴(110)은 추가로 옴니포빅층(120)이 형성되는 옴니포빅층 형성 영역(100b)에도 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)은 실링제 접촉 영역(100a)의 일측 또는 양측을 따라 소정 폭으로 형성된다.
상기 마이크로 패턴(110)은 실링제 접촉 영역(100a)에 친수성 특성을 부여하여 기재(10)의 표면과 실링제(20)의 접착력을 증가시킨다. 상기 마이크로 패턴(110)은 요철 구조를 가지므로 접촉되는 실링제(20)의 일부를 마이크로 패턴(110)의 내부로 유입시켜 기재 표면과 실링제(20)의 접착력을 추가로 증가시킬 수 있다.
상기 마이크로 패턴(110)은 기재(10)의 표면으로부터 하부로 형성되는 트렌치 구조로 형성된다. 상기 마이크로 패턴(110)은 규칙적으로 반복되는 패턴 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 트렌치 구조는 평면 형상을 기준으로 도 4에서 보는 바와 같이 격자 형상 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 도 6에서 보는 바와 같이 벌집 형상 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 스트라이프 형상 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴은 도 6에서 보는 바와 같이 벌집 형상 패턴의 내부에 추가로 원형 또는 사각 형상의 서브 마이크로 패턴이 형성될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 연장 방향에 수직인 수직 단면이 사각 형상으로 형성된다. 상기 트렌치 구조는 수직 단면이 호 형상 또는 V자 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 연장 방향에 수직인 방향의 폭이 1 ~ 500㎛이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 트렌치 구조는 서로 이격되는 이격 거리가 1 ~ 1,000㎛이 되도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 폭 또는 이격 거리가 너무 작으면 균일한 가공이 어렵다. 상기 트렌치 구조는 폭 또는 이격 거리가 너무 크면 친수성 특성이 저하될 수 있다. 상기 트렌치 구조는 1nm ~ 1000㎛의 깊이로 형성될 수 있다.
상기 마이크로 패턴(110)은, 도 7에서 보는 바와 같이 기재(10)의 표면으로부터 상부로 돌출되는 돌기 구조로 형성될 수 있다. 상기 돌기 구조는 기재(10)의 표면에서 돌기 구조를 제외한 나머지 영역이 레이저 가공에 의하여 식각되면서 형성된다. 상기 돌기 구조는 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥, 원뿔대, 사각뿔대 또는 육각뿔대와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 상기 돌기 구조는 폭 또는 직경이 1 ~ 500㎛이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌기 구조는 이격되는 이격 거리가 1 ~ 1000㎛이 되도록 형성될 수 있다. 상기 돌기 구조는 폭, 직경 또는 이격 거리가 너무 작으면 균일한 가공이 어렵다. 상기 돌기 구조는 폭, 직경 또는 이격 거리가 너무 크면 친수성 특성이 저하될 수 있다. 상기 돌기 구조는 1nm ~ 1000㎛의 높이로 형성될 수 있다.
상기 마이크로 패턴 형성 단계(S10)는 펄스 레이저를 포함하는 다양한 종류의 레이저가 사용될 수 있다. 상기 마이크로 패턴 형성 단계(S10)는 마이크로 패턴(110)의 폭과 깊이에 따른 가공량을 고려하여 다양한 파장대의 레이저 또는 다양한 주파수를 갖는 레이저를 사용할 수 있다. 상기 마이크로 패턴 형성 단계(S10)는 레이저의 파워와 반복 회수를 조절하여 마이크로 패턴(110)의 깊이를 조절한다.
상기 마이크로 패턴 형성 단계(S10)는 레이저를 사용하므로 기존에 사용되던 방법인 플라즈마 방법에 비하여, 필요한 영역에만 선택적으로 마이크로 패턴(110)을 정확하게 형성할 수 있다. 또한, 상기 레이저 가공 장비는 기존의 플라즈마 장비보다 가격이 낮으므로 공정 비용을 감소시킨다.
상기 옴니포빅층 형성 단계(S20)는 실링제 접촉 영역(100a)의 일측 또는 양측을 따라 소정 폭으로 기재(10)의 표면에 옴니포빅층(120)을 형성하는 단계이다. 상기 옴니포빅층(120)이 형성되는 옴니포빅층 형성 영역(100b)은 실링제 접촉 영역(100a)의 일측 또는 양측을 따라 소정 폭으로 형성된다. 상기 옴니포빅층(120)은 수mm의 폭으로 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)의 폭이 증가되는 경우에 옴니포빅층(120)이 물 또는 오일의 침투를 방지하는 성능이 증가된다.
상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)은 상기에서도 언급한 바와 같이 실링제 접촉 영역(100a)과 같이 마이크로 패턴(110)이 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)에 형성되는 마이크로 패턴(110)은 실링제 접촉 영역(100a)의 마이크로 패턴(110)과 동일한 패턴 또는 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 옴니포빅층 형성 단계(S20)는 실링제 접촉 영역(100a)에 실링제(20)가 도포된 후에 진행될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 옴니포빅층(120)이 실링제(20)와 기재(10)의 표면의 경계부에도 도포될 수 있다. 또한, 상기 옴니포빅층(120)은 기재(10)의 표면과 접촉되지 않는 실링제(20)의 표면에도 도포될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 실링제(20)와 기재(10)의 표면 사이로 오일 또는 물이 침투되는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 옴니포빅층(120)은 옴니포빅 물질이 기재(10)의 표면 또는 마이크로 패턴(110)의 표면에 직접 코팅되어 직접 코팅된다. 또한, 상기 옴니포빅층(120)은 베이스 입자에 옴니포빅 물질이 코팅된 옴니포빅 입자가 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 붓칠 방법, 스프레이 코팅 방법, 스핀 코팅 방법, 잉크젯 코팅 방법 또는 디핑 방법에 의하여 코팅되어 형성된다. 상기 옴니포빅층(120)은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 투명하게 코팅되며, 마이크로 패턴이 그대로 보여진다.
상기 옴니포빅층(120)은 옴니포빅 특성을 갖는다. 상기 옴니포빅층(120)은 물 입자 또는 기름 입자의 접촉각을 증가시켜 물 입자 또는 기름 입자가 기재(10)의 표면과 실링제(20) 사이로 유입되는 것을 차단한다. 상기 옴니포빅층(120)은 마이크로 패턴(110)의 표면에 형성되는 경우에 옴니포빅 특성이 더욱 증가된다.
상기 옴니포빅층(120)은 0.1nm ~ 10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 옴니포빅 물질이 자기 결합에 의하여 기재(10)의 표면 또는 마이크로 패턴(110)의 표면과 결합되도록 도포되므로 박막으로 형성되어도 옴니포빅 특성을 갖는다. 또한, 상기 옴니포빅층(120)의 두께가 두꺼우면 공정 시간과 비용이 증가되는 측면이 있다.
상기 옴니포빅 물질은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 실란계 화합물로 형성된다. 상기 옴니포빅층(120)은 전체가 실란계 화합물로 형성되거나, 일부가 실란계 화합물로 형성될 수 있다.
상기 실란계 화합물은 하기 구조식(1)으로 표시되는 화합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 실란계 화합물은 삼염화 실란 자기결합 단분자막(trichlorosilane SAM)으로 형성될 수 있다. 상기 삼염화 실란 자기결합 단분자막은 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trichlorosilane (HDF-S)일 수 있다. 한편, 상기 실란계 화합물의 실란기는 대기중에서도 반응이 빠르므로, 바람직하게는 반응 속도를 제어하기 위하여 질소분위기에서 진행될 수 있다.
구조식(1)
Figure pat00005
또는
Figure pat00006
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
상기 옴니포빅층(120)은 실란계 화합물이 무수톨루엔과 같은 용매에 용해되어 마이크로 패턴(110)의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 실란계 화합물은 0.1 ∼ 10mM의 농도로 용매에 용해되며, 바람직하게는 1 ~ 3mM의 농도로 용매에 용해된다. 상기 실란계 화합물의 농도가 너무 낮으면 옴니포빅층(120)이 충분한 옴니포빅 특성을 보유하지 않을 수 있다. 또한, 상기 실란계 화합물의 농도가 너무 높으면 불필요하게 옴니포빅 물질의 많이 사용되어 제조 비용이 증가될 수 있다.
상기 옴니포빅 물질은 CF(탄화불소) 또는 CH(탄화수소)를 포함하는 인산계 화합물로 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 전체가 인산계 화합물로 형성되거나, 일부가 인산계 화합물로 형성될 수 있다.
상기 인산계 화합물은 하기 구조식(2)으로 표시되는 인산계 화합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 인산계 화합물은 포스폰산 자기결합 단분자막(phosphonic acid SAMs)으로 형성될 수 있다. 상기 포스폰산 자기결합 단분자막은 Octadecylphosphonic acid (OD-PA) 또는 (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodec-1-yl) phosphonic acid (HDF-PA)일 수 있다. 한편, 상기 인산계 화합물의 인산기는 대기중에서 안정한 상태를 유지하므로 실란계 화합물과 달리 대기중에서 코팅 공정이 진행될 수 있다.
구조식 (2)
Figure pat00007
또는
Figure pat00008
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
상기 옴니포빅층(120)은 인산계 화합물이 에탄올과 같은 알콜 용매에 용해되어 마이크로 패턴(110)의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 인산계 화합물은 0.1 ~ 10mM의 농도로 용매에 용해되며, 바람직하게는 1 ~ 3mM의 농도로 용매에 용해된다. 상기 인산계 화합물의 농도가 너무 낮으면 옴니포빅층(120)이 충분한 옴니포빅 특성을 보유하지 않을 수 있다. 또한, 상기 인산계 화합물의 농도가 너무 높으면 불필요하게 옴니포빅 물질의 많이 사용되어 제조 비용이 증가될 수 있다.
상기 실란계 화합물과 인산계 화합물은 기재(10)의 표면과 결합력을 증가시키기 위하여 기재(10)의 표면에 금속기(-M) 또는 산소기(-O)가 존재하는 것이 유리하다. 상기 실란계 화합물과 인산계 화합물은 기재(10)의 표면에 존재하는 산소기와 결합하여 접착력이 향상된다. 따라서, 상기 기재(10)는 바람직하게는 표면에 산화막이 형성되는 금속 재질로 형성된다. 상기 기재(10)의 표면에 산화막이 형성되는 경우에 금속기 또는 산소기를 형성하기 위한 별도의 처리 또는 계면층을 형성할 필요가 없다. 예를 들면, 상기 기재(10)가 알루미늄으로 형성되는 경우에 표면에 알루미늄 산화막이 형성되며, 알루미늄 산화막의 금속기와 산소기가 실란계 화합물과 인산계 화합물과 결합된다.
상기 옴니포빅 입자는 베이스 입자의 표면에 옴니포빅 물질이 코팅되어 형성된다. 상기 옴니포빅 입자는 직접 마이크로 패턴(110)의 표면에 코팅되어 옴니포빅층(120)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 옴니포빅 입자는 별도의 고분자 수지가 혼합되어 마이크로 패턴(110)의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 베이스 입자는 TixOy, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 입자는 그래핀 또는 그래핀옥사이드로 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 입자는 내부식성이 있는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 베이스 입자는 1 ~ 500nm의 입경으로 형성될 수 있다. 상기 베이스 입자의 입경이 너무 작으면, 분산이 어려우며 표면에 균일하게 옴니포빅 물질이 코팅되기 어렵다. 또한, 상기 베이스 입자의 크기가 너무 크면 옴니포빅층(120)을 균일한 두께로 형성하기 어렵다. 또한, 상기 옴니포빅 물질은 베이스 입자의 표면에 10nm ~ 1㎛의 두께로 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 옴니포빅 물질이 실란계 화합물인 경우에 실란계 화합물의 실란기가 베이스 입자의 표면에 형성되는 금속기(-M) 또는 산소 이온기(-O)와 자기 결합에 의하여 배위결합되는 자기결합 단분자막(self-assembled monolayer)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 옴니포빅 물질이 인산계 화합물인 경우에 인산기가 베이스 입자의 표면에 형성되는 금속기(-M) 또는 산소 이온기(-O)와 자기 결합에 의하여 배위결합되는 자기결합 단분자막(self-assembled monolayer)으로 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅 물질은 베이스 입자의 표면에 존재하는 금속기 또는 산소 이온기와 공유 결합으로 결합되므로, 베이스 입자와의 결합력이 우수하다. 한편, 상기 베이스 입자는 플라즈마 처리를 통하여 표면에 금속기(-M) 또는 산소기(-O)를 형성할 수 있다.
다음은 본 발명의 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 일 실시예의 표면 구조층에 대하여 설명한다.
상기 표면 구조층(100)은 기재(10)의 표면에 형성되는 마이크로 패턴(110)을 포함한다. 상기 표면 구조층은 옴니포빅층(120)을 더 포함할 수 있다. 상기 기재(10)의 표면은 전체적으로 평면을 이루도록 형성된다. 상기 기재(10)의 표면은 실링제 접촉 영역(100a)이 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 마이크로 패턴(110)은 케이스 본체와 케이스 커버의 기재(10)의 표면에서 실링제(20)가 도포 또는 접촉되는 영역인 실링제 접촉 영역(100a)을 포함하는 영역에 형성된다. 상기 마이크로 패턴(110)은 전체가 폐곡선을 이루도록 형성된다. 상기 마이크로 패턴(110)은 기재(10)의 표면에 트렌치 구조 또는 돌기 구조로 형성된다. 상기 마이크로 패턴(110)은 상기에서 설명한 바와 같이 마이크로 패턴 형성 단계(S10)에 의하여 형성된다.
상기 옴니포빅층(120)은 실링제 접촉 영역(100a)의 일측 또는 양측을 따라 소정 폭으로 형성되는 옴니포빅층 형성 영역(100b)에 형성된다. 상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)은 실링제 접촉 영역(100a)과 마찬가지로 마이크로 패턴(110)이 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 마이크로 패턴(110)의 영향으로 옴니포빅 특성이 더욱 증가된다.
상기 옴니포빅층(120)은 실링제(20)와 기재(10)의 표면의 경계부에도 도포될 수 있다. 또한, 상기 옴니포빅층(120)은 실링제(20)의 표면에서 기재(10)의 표면과 접촉되지 않은 표면에도 형성될 수 있다. 상기 옴니포빅층(120)은 실링제(20)와 기재(10)의 표면의 경계부로 오일 또는 물이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
다음은 본 발명의 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 다른 실시예의 표면 구조층에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 표면 구조층의 수직 단면도이다.
상기 표면 구조층(200)은 기재(10)의 표면에 형성되는 마이크로 패턴(210)을 포함한다. 상기 표면 구조층(200)은 옴니포빅층(120)과 실링제 수용 홈(230)을 더 포함할 수 있다.
상기 실링제 수용 홈(230)은 실링제 접촉 영역(100a)을 따라 기재(10)의 표면으로부터 하부 방향으로 형성되는 홈 형상을 이룬다. 상기 실링제 수용 홈(230)은 기재(10)의 표면에서 트렌치 형상으로 형성되며, 전체적으로 폐곡선을 이룬다. 상기 실링제(20)는 실링제 수용 홈(230)의 내측에 수용되며, 기재(10)의 표면과의 접촉 면적이 증가된다. 상기 실링제(20)는 기재(10)의 표면과의 접착력이 더욱 증가된다. 상기 실링제(20)가 오링으로 형성되는 경우에, 오링은 실링제 수용 홈(230)에 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 실링제(20)는 실링제 수용 홈(230)의 상단, 즉 기재(10)의 표면보다 높은 높이로 돌출되도록 형성된다.
상기 마이크로 패턴(210)은 실링제 수용 홈(230)의 바닥면에 형성된다. 또한, 상기 마이크로 패턴(210)은 실링제 수용 홈(230)의 내측면도 형성될 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴(210)은 실링제 수용 홈(230)의 상단의 일측 또는 양측에서 기재(10)의 표면에 소정 폭으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 마이크로 패턴(210)은 옴니포빅층 형성 영역(100b)에도 형성될 수 있다.
상기 옴니포빅층(120)은 실링제 수용 홈(230)의 상단의 일측 또는 양측에서 옴니포빅층 형성 영역(100b)에 코팅되어 형성된다. 상기 옴니포빅층 형성 영역(100b)은 마이크로 패턴(210)이 형성되며, 옴니포빅층(120)은 마이크로 패턴(210)의 표면에 형성될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의한 표면 구조층의 평가 결과에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의한 표면 구조층의 평가 결과 사진이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의한 옴니포빅층의 평가 결과 사진이다.
먼저, 본 발명의 표면 처리 방법에 의한 각 표면에 대한 친수성 및 소수성 평가 결과를 설명한다.
본 평가에서 기재는 알루미늄 재질을 사용하였다. 본 평가는 CF(탄화불소)를 포함하는 인산계 화합물을 옴니포빅 물질로 사용하여 옴니포빅층을 코팅하였다. 옴니포빅층의 하부에는 마이크로 패턴이 형성되었다.
본 평가는 기재 표면, 마이크로 패턴과 옴니포빅층의 표면에 물 방울을 떨어뜨린 후에 접촉각을 측정하여 초기 친수성 및 소수성 특성을 평가하였다. 본 평가는 초기 평가한 물 방울에 대하여 2일 경과 후에 다시 접촉각을 측정하여 친수성 및 소수성 특성의 지속성 정도를 평가하였다. 또한, 본 평가는 비교 평가를 위하여 기존에 사용되던 플라즈마 처리층의 표면에 동일하게 물 방울을 떨어드린 후에 초기 특성과 2일 경과 특성을 평가하였다.
기재의 표면은 물 방울의 초기 접촉각이 86.3°로 측정되고, 2일 경과 후 접촉각이 85.6°로 측정되었다. 기재의 표면은 접촉각이 거의 변하지 않고 있으며, 기재의 고유 특성을 유지하는 것으로 판단된다.
마이크로 패턴의 표면은 물 방울의 초기 접촉각이 0°이며, 물 방울이 존재하지 않는 것처럼 퍼져 있는 것을 볼 수 있다. 마이크로 패턴의 표면은 2일 경과 후 접촉각도 0°로 측정되었다. 마이크로 패턴은 친수성을 띄고 있으며, 시간 경과에도 지속적으로 친수성을 유지하는 것으로 판단된다.
옴니포빅층은 물 방울의 초기 접촉각이 151.8°이며, 물 방울이 거의 구형을 유지하는 것을 볼 수 있다. 마이크로 패턴의 표면은 2일 경과 후 접촉각도 151.7°로 측정되었다. 옴니포빅층은 소수성을 띄고 있으며, 시간 경과에도 지속적으로 소수성을 유지하는 것으로 판단된다.
한편, 플라즈마 처리 표면은 물 방울의 초기 접촉각이 기재 표면의 경우보다 작아 친수성을 띄고 있으나, 마이크로 패턴과 달리 0°보다 크며 물 방울이 언덕을 이루는 것을 볼 수 있다. 플라즈마 처리 표면은 2일 경과 후 접촉각이 52.8°로 증가되어 친수성이 감소되는 것을 볼 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 처리 표면은 시간이 지날수록 플라즈마 처리 이전 상태로 원복되어 친수성이 상실되는 경향이 있다.
다음은 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 의한 옴미포빅층의 옴니포빅 특성에 대한 평가 결과를 설명한다.
본 평가는 위의 평가와 동일하게 하부에 마이크로 패턴이 형성된 옴니포빅층에서 진행하였다.
옴니포빅층은 도 10의 (a)에서 보는 바와 같이 물 방울의 접촉각이 142.5°로 측정되었다. 또한, 옴니포빅층은 도 10의 (b)에서 보는 바와 같이 오일 방울의 접촉각이 123.5°로 측정되었다. 따라서, 옴니포빅층은 발수성과 발유성을 구비하여 옴비포빅 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
100, 200: 표면 구조층
110, 210: 마이크로 패턴 120: 옴니포빅층
230: 실링제 수용 홈

Claims (17)

  1. 기재의 표면에서 실링제 접촉 영역을 포함하는 영역에 레이저 가공으로 마이크로 패턴을 형성하는 마이크로 패턴 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴 형성 단계 후에 상기 실링제 접촉 영역의 일측 또는 양측으로 소정 폭의 옴니포빅층 형성 영역에 옴니포빅 물질을 코팅하여 옴니포빅층을 형성하는 옴니포빅층 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층 형성 영역은 상기 마이크로 패턴이 형성되며, 상기 옴니포빅층은 상기 옴니포빅 물질이 마이크로 패턴의 표면에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 하는 표면 처리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층 형성 단계는 상기 실링제 접촉 영역에 실링제가 도포된 후에 진행되며, 상기 옴니포빅층은 상기 기재의 표면과 상기 실링제의 경계부 및 상기 실링제 접촉 영역을 포함하는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴은 상기 기재 표면으로부터 하부로 형성되는 트렌치 구조로 형성되며,
    상기 트렌치 구조는 격자 형상 패턴, 벌집 형상 패턴 또는 스트라이프 형상 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 트렌치 구조는 연장 방향에 수직인 방향의 폭이 1 ~ 500㎛이 되도록 형성되며,
    상기 마이크로 패턴은 상기 트렌치 구조의 서로 이격되는 이격 거리가 1 ~ 1,000㎛이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴은 상기 기재 표면으로부터 상부로 돌출되는 돌기 구조로 형성되며,
    상기 돌기 구조는 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥, 원뿔대, 사각뿔대 또는 육각뿔대 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 돌기 구조는 폭 또는 직경이 1 ~ 500㎛이며,
    상기 마이크로 패턴은 상기 돌기 구조의 이격 거리가 1 ~ 1,000㎛이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층은 0.1nm ~ 10㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 하기의 구조식(1)로 표시되는 실란계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
    구조식(1)
    Figure pat00009
    또는
    Figure pat00010

    (여기서, n은 4 ~ 25이다.)
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층은 TixOy, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy, ZrxOy, 그래핀 및 그래핀옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 형성되는 베이스 입자의 표면에 상기 실란계 화합물이 코팅되어 형성되는 옴니포빅 입자가 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기재는 표면에 산화층이 형성되는 금속 재질이며,
    상기 실란계 화합물의 실란기가 상기 기재 표면에 형성되는 금속기(-M) 또는 산소기(-O)와 자기 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 하기의 구조식(2)로 표시되는 인산계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
    구조식(2)
    Figure pat00011
    또는
    Figure pat00012

    (여기서, n은 4 ~ 25이다.)
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 옴니포빅층은 TixOy, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy, ZrxOy, 그래핀 및 그래핀옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 형성되는 베이스 입자의 표면에 상기 인산계 화합물이 코팅되어 형성되는 옴니포빅 입자가 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기재는 표면에 산화층이 형성되는 금속 재질이며,
    상기 인산계 화합물의 인산기가 상기 기재 표면의 금속기(-M) 또는 산소기(-O)와 자기 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링제 접촉 영역은 상기 기재의 표면에 하부 방향으로 형성되어 실링제가 수용되는 실링제 수용 홈으로 형성되며,
    상기 마이크로 패턴은 상기 실링제 수용 홈의 바닥면 및 내측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 하나의 항에 따른 표면 처리 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 구조층.
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