KR20200059772A - 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 - Google Patents

능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 공정을 통해 기판에 전극층 패턴을 형성하고 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 위 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하며 테플론 코팅을 수행하여 위 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻고, 소수성/초소수성 표면의 기체층이 감소하면 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내 적은 에너지로 표면으로부터 전기 분해된 기체를 생성하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 관한 것이다.

Description

능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법{METHOD FOR IMPROVING ANTIFOULING PERFORMANCE OF ACTIVE ANTI-FOULING SURFACE USING ACTIVE GAS GENERATION}
본 발명은 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 공정을 통해 기판에 전극층 패턴을 형성하고 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 위 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하며 테플론 코팅을 수행하여 위 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻고, 소수성/초소수성 표면의 기체층이 감소하면 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내 적은 에너지로 표면으로부터 전기 분해된 기체를 생성하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 항행하는 선박에는 파도의 발생에 의한 조파저항, 선저의 형상에 기인하는 압력 형상저항이나 물의 점성에 의한 마찰저항이 작용한다. 조파저항이나 형상저항은 지금까지의 연구에 의해 대폭 저감되어 있으나, 마찰저항은 선체 전체 저항의 60%~80%를 차지하고 있어 에너지 절약을 위해 마찰저항의 저감이 절실히 요망되고 있다. 마찰저항의 저감방법으로서는 선저에 공기를 공급하는 공기 윤활법이나 해수 등의 유체 중에 폴리머를 첨가하는 방법 연구되었다.
국내 특허 공개 2015-0090911호 공보(이하, 선행문헌이라 한다)에는 수중에서 공기 등의 기체와의 친화성이 장기에 걸쳐 지속되어 소량의 공기 공급으로 높은 마찰저항 저감 효과를 나타내며, 항행 중이라도 정치 조건하에서도 방오기능을 갖는 도막을 형성할 수 있는 도료 조성물, 그 조성물로 형성되는 도막, 그 도막이 형성된 마찰저항 저감 선박 및 그 마찰저항 저감 선박의 표면 제조방법이 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 선행 문헌의 기술은 대부분 항력 감소에 대한 것으로 방오성능에 대한 효율성은 검토되지 않았다. 또한 해양 환경과 같은 가혹한 수중 환경에서의 지속적인 방오 성능 유지 방법에 대한 고려는 없었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 반도체 공정을 이용하여 기판에 소수성/초소수성 표면을 형성하고 여기에 능동 기체 생성 방법을 결합함으로써, 능동 기체 발생의 장점과 소수성/초소수성 표면의 장점을 결합하여 방오성능을 지속적으로 향상시키는 표면 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법은 화학적 표면개질기법을 통해 기판에 마이크로/나노 크기의 산화구조물을 형성하는 단계; 포토리소그래피 공정을 통해 상기 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계; 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계; 테플론 코팅을 수행하여 상기 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계; 및 상기 소수성/초소수성 표면의 기체층이 감소하면 상기 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내서 기체를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 전극층 패턴 형성 단계는, 기판에 폴리머를 스핀코팅에 의해 균일한 두께로 코팅하는 단계; 상기 폴리머가 코팅된 기판에 전극층 패터닝을 위해 프린팅된 전극층 패턴 마스크를 통해 자외선을 노광하는 단계; 상기 자외선에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 제거하는 단계; 상기 폴리머가 제거된 기판에 금 임자를 증착시키는 단계; 및 상기 금 입자가 증착된 기판에 남아있는 폴리머를 현상에 의해 제거하여 전극층 패턴이 형성된 기판을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 격자층 패턴을 형성하는 단계는, 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 폴리머를 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정에 의해 코팅하는 단계; 상기 폴리머가 코팅된 기판에 격자층 패터닝을 위해 프린팅된 격자층 패턴 마스크를 통해 자외선을 노광하는 단계; 및 상기 자외선에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 제거하여 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계는, 테플론 용액 0.5~5 wt%를 1000~3000 rpm으로 30~60s 동안 스핀 코팅하여 표면에너지가 낮은 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 소수성/초소수성 표면은, 기판의 상단부에 가로로 전극층 패턴이 형성되어 있고, 상기 가로로 전극층 패턴이 형성된 기판위에 세로로 격자층 패턴이 형성될 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 기체를 생성시키는 단계는, 상기 전극층 패턴에 전원공급기의 음극 (-극)을 연결하고, 액체에 양극 (+극)을 연결한 후 전위차를 주어 1mA ~ 20mA의 전류를 흘려보내는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 기체를 생성하는 단계는, 상기 격자층의 높이 두께만큼 기체를 생성시킬 수 있다.
상기 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 있어서, 상기 기체를 생성하는 단계에 의해 생성된 기체에 의해 파울링 물질(박테리아 등)의 부착이 억제될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의하면, 화학적 표면개질기법을 통해 기판에 마이크로/나노 크기의 산화구조물을 형성하는 단계; 포토리소그래피 공정을 통해 상기 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계; 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계; 테플론 코팅을 수행하여 상기 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계; 및 상기 소수성/초소수성 표면의 기체층이 감소하면 상기 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내서 기체를 생성하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 간단한 반도체 공정을 이용하여 기판에 소수성/초소수성 표면을 형성할 수 있고, 이 소수성/초소수성 표면은 기체에 의해서 표면이 보호될 수 있게 해 주는 데에 뛰어난 효과가 있다.
더욱이, 상기 소수성/초소수성 표면에 생성된 기체에 의해 표면을 오염으로부터 보호해주는 역할을 하며, 표면으로부터 떨어져나가는 기체는 박테리아 등이 표면에 접근하는 것을 막아주는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 기판에 마이크로/나노 구조물을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, 기판을 고온 알칼리(Hot alkali) 계열의 솔루션에 담가 마이크로/나노구조물을 형성하는 단계를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, (a)는 코팅 공정, (b)는 노광 공정, (c)는 현상 공정, (d)는 증착 공정, (e)는 제거 공정을 나타낸다.
도 3는 도 2의 전극 층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 전극층 패턴을 나타낸 상면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, (a)는 라미네이션 공정, (b)는 노광 공정, (c)는 현상 공정을 나타낸다.
도 5는 도 4의 격자층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 격자층 패턴을 나타낸 상면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 소수성/초소수성 표면을 얻기 위한 테플론 코팅 공정을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 테플론 코팅 공정에 의해 제조된 소수성/초소수성 표면을 나타낸 도면으로서 (a)는 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의해 제조된 능동 방오표면의 도면이고, (b)는 표면의 현미경 이미지이다.
도 8은 도 6의 테플론 코팅 공정에 의해 제조된 소수성/초소수성 표면의 기체층 제거를 위한 가속화 과정의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 소수성/초소수성 표면의 기체 생성 단계를 구현하기 위한 장치도로서, (a)는 전극층에서 생성된 기체가 격자층을 따라 확산되어 표면을 덮는 과정을 나타낸 상면도이고, (b)는 도 (a)의 A-A'단면도이다.
도 10은 도 9의 소수성/초소수성 표면의 기체 생성과정에서 격자층 패턴을 따라 확산되는 기체의 거동을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의해 제조된 소재의 방오성능 확인을 위한 박테리아 파울링 실험 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 기판에 마이크로/나노 구조물을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, 고온 알칼리(Hot alkali) 계열의 솔루션에 담가 마이크로/나노구조물을 형성 공정을 나타내고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, (a)는 코팅 공정, (b)는 노광 공정, (c)는 현상 공정, (d)는 증착 공정, (e)는 제거 공정을 나타내고, 도 3은 도 2의 전극 층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 전극층 패턴을 나타낸 상면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계를 나타낸 도면으로서, (a)는 라미네이션 공정, (b)는 노광 공정, (c)는 현상 공정을 나타내며, 도 5는 도 4의 격자층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 격자층 패턴을 나타낸 상면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 소수성/초소수성 표면을 얻기 위한 테플론 코팅 공정을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 6의 테플론 코팅 공정에 의해 제조된 소수성/초소수성 표면을 나타낸 도면으로서, (a)는 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의해 제조된 능동 방오표면의 도면이고, (b)는 표면의 현미경 이미지이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 기체 생성 과정을 구현하기 위한 장치도로서, (a)는 전극층에서 생성된 기체가 격자층을 따라 확산되어 소수성/초소수성 표면을 덮는 것을 나타낸 상면도이고, (b)는 도 (a)의 A-A'단면도이며, 도 10은 도 9의 소수성/초소수성 표면의 기체 생성과정에서 격자층 패턴을 따라 확산되는 기체의 거동을 순서대로 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의해 제조된 소재의 방오성능 확인을 위한 박테리아 파울링 실험 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법은, 도 1 내지 도 7, 및 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 화학적 표면개질기법을 통해 기판에 마이크로/나노 크기의 산화구조물을 형성하는 단계, 포토리소그래피 공정을 통해 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계, 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계, 테플론 코팅을 수행하여 상기 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계, 및 소수성/초소수성 표면의 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내서 기체를 생성시키는 단계를 포함한다.
이하, 상기 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법의 각 단계 들에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
[마이크로/나노구조물 형성 단계]
화학적 표면개질기법을 이용하여 기판에 마이크로/나노구조물을 형성하는 단계는, 도 1에 도시된 바와 같이 솔루션에 기판을 담가 고온에서 일정시간 유지한 후 꺼내는 공정을 포함한다.
한편, 본 예에서는 디핑 방식에 의한 화학적 개질기법의 공정을 사용하였으나, 플라즈마 또는 양극산화 등의 마이크로/나노구조물 생성기법으로 대처할 수 있다.
[전극층 패턴 형성 단계]
포토리소그래피 공정을 통해 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계는, 도 2, 3에 도시된 바와 같이, (a) 코팅 공정, (b) 노광 공정, (c) 현상 공정, (d) 증착 공정 및 (e) 제거 공정을 포함한다.
(a) 코팅 공정
기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)에 폴리머를 스핀 코팅하여 1~5㎛의 균일한 두께로 코팅한다.
(b) 노광 공정
(a)의 코팅 공정에 의해 제조된, 폴리머가 코팅된 기판에 전극층 패터닝을 위해 프린팅 된 전극층 패턴 마스크를 통해 자외선을 노광한다.
(c) 현상 공정
(b)의 노광 공정에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 기판으로부터 제거한다.
(d) 증착 공정
(c)의 공정에 의해 폴리머가 제거된 기판에 금 입자를 증착(예컨대, 증발 증착)하여 두께 100~500㎚의 두께로 전극층을 패터닝 한다.
(e) 제거 공정
(d)의 공정에 의해 금 입자가 증착된 기판에 남아있는 폴리머를 제거하여 전극층 패턴(P)이 형성된 기판을 획득한다.
도 3는 도 2의 전극 층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 전극층 패턴을 나타낸 상면도로서, 노란색으로 표시된 부분이 전극층 패턴(P)이다.
[격자층 패턴 형성 단계]
스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 위의 [전극층 패턴 형성 단계]에 의해 제조된 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계는, 도 4에 도시된 바와 같이, (a) 라미네이션(lamination) 공정, (b) 노광 공정, (c) 현상 공정을 포함한다.
(a) 라미네이션 공정
전극층 패턴이 형성된 기판에 폴리머를 라미네이션 공정으로 코팅할 수 있으며, 50um 이상의 두께를 가진 격자층의 경우 라미네이션 공정이 유리하다. 본 예시에서는 라미네이션 공정을 사용하였으며 SU-8 필름(두께 t = 80 ~ 150um)을 올려둔 후 70 ~ 90ㅀC 의 온도를 유지하며 롤러로 밀어준다.
한편, 본 예에서는 라미네이션 공정을 사용하였으나 스핀 코팅 공정으로 대처할 수 있다.
(b) 노광 공정
폴리머가 코팅된 기판에 격자층 패터닝을 위해 프린팅 된 격자층 패턴 마스크를 통해 자외선 노광하여(1800 ~ 2200 mJ/㎠) 포토리소그래피를 진행한다.
(c) 현상 공정
자외선에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 제거하여 전극층 패턴(P)이 형성된 기판에 격자층 패턴(G)을 형성한다.
도 5는 도 4의 격자층 패턴 형성 단계에 의해 제조된 격자층 패턴을 나타낸 상면도이며, 격자간 간격 w = 80 ~ 150 ㎛이다.
[소수성/초소수성 표면 획득 단계]
도 6은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 소수성/초소수성 표면을 얻기 위한 테플론 코팅 공정을 나타낸 도면으로서, 테플론 코팅을 수행하여 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는다.
구체적으로는, 테플론 용액 0.5~5 wt%를 1000~3000 rpm으로 30~60 s 동안 스핀 코팅하여 표면에너지가 낮은 소수성/초소수성 표면을 얻는다.
도 7은 도 6의 테플론 코팅 공정에 의해 제조된 소수성/초소수성 표면을 나타낸 도면으로서, 제조된 소수성/초소수성 표면은 기판의 상단부에 가로로 전극층 패턴(P)이 형성되어 있고, 가로로 전극층 패턴(P)이 형성된 기판위에 세로로 격자층 패턴(G)이 형성되어 있다.
[소수성/초소수성 표면의 기체층 감소 가속화 과정]
도 8은 도 6의 테플론 코팅 공정에 의해 제조된 소수성/초소수성 표면의 기체층 제거를 위한 가속화 과정의 모식도이다.
액체 환경에서 소수성/초소수성 표면에 존재하는 기체층은 시간이 지남에 따라 점차 점감 또는 확산되어 사라지거나, 유동이 존재하는 환경에서 쉽게 제거되어 기체층이 존재하던 자리에 액체로 채워져 풀리 웨팅(fully wetting)된다. 풀리 웨팅된 상황을 가속화하여 모사하기 위해 도 8과 같이 진공펌프를 이용하여 진공상태를 유지하였고, 소수성/초소수성 표면의 구조물 사이에 존재하는 기체층을 제거하였다.
[소수성/초소수성 능동 방오표면의 기체 생성 단계]
도 9은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법 중 소수성/초소수성 표면의 기체 생성 단계를 구현하기 위한 장치도로서, (a)는 전극층에서 생성된 기체가 격자층을 따라 확산되어 표면을 덮는 과정을 나타낸 상면도이고, (b)는 도 (a)의 A-A'단면도이다.
전극층 패턴(P)에 전원공급기의 음극(-극)을 연결하고, 액체에 양극(+극)을 연결한 후 전위차를 주어 1㎃ ~ 20㎃의 전류를 흘려보내서 기체를 지속적으로 표면에 공급해 준다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극층에서 생성된 기체가 전극층 패턴(P)에서 격차층 패턴(G)을 따라 확산되어 표면을 덮는 과정을 보여 준다.
또한, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 바닥부분에서 생성된 기체 또는 기체 방울이 격자층 패턴(G) 높이까지 충분히 상승하여 보다 안정적으로 표면을 보호해 준다.
도 10은 도 9의 소수성/초소수성 표면에서 격자층 패턴을 따라 확산되는 기체의 움직임을 순서대로 나타낸 도면이다.
생성된 기체는 노란 점선으로 표기되었으며, 시간이 지남에 따라 격자층 패턴을 따라 확산된다. 이 때, 전원 공급기의 전위차를 증가시켜 전류값을 올리게 되면 보다 빠른 기체 확산이 가능하다. 본 예시의 능동 방오표면의 구동은 수돗물을 사용하여 5~25 V(0.1~0.3 mA)로 진행하였다.
[소수성／초소수성 및 방오성능이 향상된 소재의 방오성능 확인]
도 11은 본 발명의 실시예에 의한, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의해 제조된 소재의 방오성능 확인을 위한 박테리아 파울링 실험 결과를 나타낸 도면이다.
능동 방오표면을 이용한 방오성능의 개선여부를 확인하기 위해 박테리아 파울링 실험을 수행하였다. 파울링 실험은 지구상에서 가장 흔하게 볼 수 있으며, 액체 환경에서 초기단계 파울링에 가장 큰 영향을 미치는 물질인 박테리아(P.aeruginosa)를 이용하여 진행되었다. 박테리아 파울링 실험은 오염물질의 오손 가속화 실험의 대표적인 방법으로 알려져 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 박테리아 파울링 실험은 평평한 표면인 순수 표면(bare surface)으로서 소수성/초소수성 표면(a)과, 기체층이 사라져 소수성을 잃어버린 웨팅된 초소수성 표면(b)과, 전극층 패턴(P)에서 지속적으로 기체가 생성되는 능동 방오표면(c) 세 가지를 대상으로 24시간동안 진행되었다.
박테리아가 배양된 고농도 배지에 준비된 시편을 담근 후 24시간 이후에 꺼내어 형광염색(fluorescence dye)하여 표면에 부착된 박테리아를 확인할 수 있으며, 부착된 박테리아는 형광 염색되어 녹색으로 나타나고 부착되지 않은 부분은 검은색으로 보여 진다.
순수 표면(a)에서 가장 많은 박테리아 파울링이 발생하였으며, 웨팅된 초소수성 표면(b)은 그보다 파울링이 덜 발생하였으나 능동 방오표면에 비하여 많은 박테리아 파울링이 발생하였고, 기체층이 사라져 웨팅된 바닥 부분에서도 파울링이 발생하였다.
반면, 지속적으로 기체층이 생성된 능동 방오표면(c)의 바닥 부분은 박테리아에 의한 파울링이 거의 발생하지 않았으며, 능동 방오표면에서 우수한 방오성을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법에 의하면, 표면개질을 통해 기판에 마이크로/나노 구조물을 형성하는 단계; 포토리소그래피 공정을 통해 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계; 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계; 테플론 코팅을 수행하여 상기 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계; 및 상기 소수성/초소수성 표면에서 상기 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내서 기체를 생성시키는 단계;를 포함하여 구성됨으로써, 간단한 반도체 공정을 이용하여 기판에 소수성/초소수성 표면을 형성할 수 있고, 이 소수성/초소수성 표면은 기체에 의해서 표면이 보호될 수 있게 해 줄 수 있다.
더욱이, 상기 소수성/초소수성 표면에 생성된 기체에 의해 표면을 오염으로부터 보호해주며, 표면으로부터 떨어져나가는 기체는 박테리아 등이 표면에 접근하는 것을 막아준다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
G: 격자층 패턴
P: 전극층 패턴

Claims (8)

  1. 화학적 표면개질기법을 통해 기판에 마이크로/나노 크기의 산화구조물을 형성하는 단계;
    포토리소그래피 공정을 통해 상기 기판에 전극층 패턴을 형성하는 단계;
    스핀 코팅 또는 라미네이션 공정과 포토리소그래피 공정을 통해 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계;
    테플론 코팅을 수행하여 상기 격자층 패턴이 형성된 기판의 격자층 표면에너지를 저감시켜 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계; 및
    상기 소수성/초소수성 표면의 기체층이 감소하면 상기 전극층 패턴에 전위차를 주어 전류를 흘려보내서 기체를 생성하는 단계를 포함하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극층 패턴 형성 단계는,
    기판에 폴리머를 스핀코팅에 의해 균일한 두께로 코팅하는 단계;
    상기 폴리머가 코팅된 기판에 전극층 패터닝을 위해 프린팅된 전극층 패턴 마스크를 통해 자외선을 노광하는 단계;
    상기 자외선에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 제거하는 단계;
    상기 폴리머가 제거된 기판에 금 임자를 증착시키는 단계; 및
    상기 금 입자가 증착된 기판에 남아있는 폴리머를 현상에 의해 제거하여 전극층 패턴이 형성된 기판을 획득하는 단계를 포함하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자층 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 폴리머를 스핀 코팅 또는 라미네이션 공정에 의해 코팅하는 단계;
    상기 폴리머가 코팅된 기판에 격자층 패터닝을 위해 프린팅된 격자층 패턴 마스크를 통해 자외선을 노광하는 단계; 및
    상기 자외선에 의해 노광된 폴리머를 현상에 의해 제거하여 상기 전극층 패턴이 형성된 기판에 격자층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계는,
    테플론 용액 0.5~5 wt.%를 1000~3000rpm으로 30~60s 동안 스핀코팅하여 표면에너지가 낮은 소수성/초소수성 표면을 얻는 단계를 포함하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성/초소수성 표면은,
    기판 상단부에 가로로 전극층 패턴이 형성되어 있고,
    상기 가로로 전극층 패턴이 형성된 기판 위에 세로로 격자층 패턴이 형성되어 있는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체를 생성시키는 단계는,
    상기 전극층 패턴에 전원공급기의 음극 (-극)을 연결하고, 액체에 양극 (+극)을 연결한 후 전위차를 주어 1mA ~ 20mA의 전류를 흘려보내는 단계를 포함하는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체를 생성하는 단계는,
    상기 격자층의 높이 두께만큼 기체를 생성시키는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체를 생성하는 단계에 의해 생성된 기체에 의해 파울링 물질(박테리아 등)의 부착이 억제되는, 능동 기체 생성을 이용한 능동 방오표면의 방오성능 향상 방법.
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