KR20200083341A

KR20200083341A - Structures containing emboss patterns and uses thereof

Info

Publication number: KR20200083341A
Application number: KR1020190176866A
Authority: KR
Inventors: 허광; 박인우; 곽민지; 이용훈
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102337375B1

Abstract

The present invention relates to a structure comprising an embossed pattern and a manufacturing method. The present invention relates to an excellent sensor for sensing external environment including the structure. The structure includes a substrate and a monosaccharide embossed pattern.

Description

Structures containing emboss patterns and uses thereof {Structures containing emboss patterns and uses thereof}

본 발명은 엠보 패턴을 포함하는 구조체 및 제조방법에 관한 것으로서, 상기 구조체를 포함하는 우수한 외부 환경 감지용 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a structure and a manufacturing method including an embossed pattern, and to an excellent sensor for detecting an external environment including the structure.

광결정(photonic crystal)이란, 서로 다른 굴절률을 갖는 유전물질이 주기적으로 배열된 구조체로서, 각각의 규칙적인 격자점에서 산란되는 빛들 사이에 중첩적 간섭이 일어나 특정한 파장 영역대에서 빛을 투과시키지 않고 선택적으로 반사하는, 즉 광밴드갭을 형성하는 물질을 의미한다. A photonic crystal is a structure in which dielectric materials having different refractive indices are periodically arranged, and overlapping interference between light scattered at each regular lattice point occurs, so that light is not transmitted in a specific wavelength range and is selectively selected. By reflecting, that means a material that forms a wide band gap.

이러한 광결정은 정보 처리의 수단으로 전자 대신 광자를 이용함으로써, 정보처리의 속도가 우수하여 정보화 산업의 효율 향상을 위한 핵심 물질로 부각되고 있다. 더욱이, 광결정은 광자가 주축 방향으로 이동하는 1차원 구조, 평면을 따라 이동하는 2차원 구조, 또는 물질 전체를 통해 모든 방향으로 자유롭게 이동하는 3차원 구조로 구현될 수 있고, 광밴드갭 조절을 통한 광학적 특성의 제어 가 용이하여 다양한 분야에 적용 가능하다. 예를 들어, 광결정은 광결정 섬유, 발광소자, 광기전소자, 광결정 센서, 반도체레이저 등 광학 소자에 응용될 수 있다.Such photonic crystals are used as photons instead of electrons as a means of information processing, and thus, the speed of information processing is excellent, and thus they are emerging as a key material for improving the efficiency of the information industry. Moreover, the photonic crystal may be implemented as a one-dimensional structure in which the photons move in the main axis direction, a two-dimensional structure moving along the plane, or a three-dimensional structure freely moving in all directions through the entire material, through adjusting the optical band gap. It is easy to control optical properties and can be applied to various fields. For example, photonic crystals can be applied to optical elements such as photonic crystal fibers, light emitting elements, photovoltaic elements, photonic crystal sensors, and semiconductor lasers.

특히, 브래그 스택(Bragg stack)은 1차원 구조를 갖는 광결정으로서, 상이한 굴절률을 갖는 두 층의 적층만으로 쉽게 제조가 가능하고, 상기 두 층의 굴절률 및 두께 조절에 의한 광학적 특성의 제어가 용이하다는 장점이 있다. 이러한 특징으로 인해 상기 브래그 스택은 태양 전지와 같은 에너지 소자뿐만 아니라, 전기적, 화학적, 열적 자극 등을 감지하는 광결정 센서로의 응용에 널리 이용되고 있다. 이에 따라, 감도 및 재현성이 우수한 광결정 센서를 용이하게 제조하기 위한 여러 가지 물질 및 구조에 대한 연구가 이루어지고 있다.In particular, the Bragg stack (Bragg stack) is a photonic crystal having a one-dimensional structure, it can be easily manufactured only by lamination of two layers having different refractive indices, and it is easy to control the optical properties by adjusting the refractive index and thickness of the two layers. There is this. Due to these features, the Bragg stack is widely used in applications as photonic crystal sensors that sense electrical, chemical, and thermal stimuli as well as energy devices such as solar cells. Accordingly, research has been conducted on various materials and structures for easily manufacturing a photonic crystal sensor having excellent sensitivity and reproducibility.

한국등록특허 1927447호Korean Registered Patent 1927447

본 발명은 엠보 패턴을 포함하는 구조체, 이의 제조방법 및 상기 구조체를 포함하는 우수한 외부 환경 감지용 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a structure for embossing a pattern, a method for manufacturing the same, and an excellent sensor for detecting an external environment including the structure.

1. 기판 및 상기 기판의 적어도 일면에 소정 간격으로 이격되어 위치하는 단당류 엠보 패턴을 포함하는 구조체.1. A structure comprising a substrate and a monosaccharide emboss pattern spaced apart at predetermined intervals on at least one surface of the substrate.

2. 위 1에 있어서, 상기 단당류는 D-글루코오스, D-글루코사민, ß-D-만누로네이트 및 α-L-굴루로네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 구조체.2. The structure of 1 above, wherein the monosaccharide is at least one selected from the group consisting of D-glucose, D-glucosamine, ß-D-mannuronate, and α-L-guluronate.

3. 위 1에 있어서, 상기 엠보 패턴은 기판 접촉면 장축의 평균이 300 내지 2500 nm인 구조체.3. The structure of 1 above, wherein the embossed pattern has an average of 300 to 2500 nm on the major axis of the substrate contact surface.

4. 위 1에 있어서, 상기 엠보 패턴은 상기 기판으로부터의 평균 높이가 20 내지 250 nm인 구조체.4. The structure of 1 above, wherein the embossed pattern has an average height of 20 to 250 nm from the substrate.

5. 위 1에 있어서, 상기 기판은 Si, SiO₂, 금 박막 및 알루미늄 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인 구조체.5. The structure of 1 above, wherein the substrate includes at least one selected from the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin films, and aluminum thin films.

6. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 패턴의 평균 크기 또는 평균 간격이 상이한 복수개의 영역을 포함하는 것인 구조체.6. The structure of 1 above, wherein the structure includes a plurality of regions having different average sizes or average intervals of patterns.

7. 청구항 1에 있어서, 상기 기판 상에서 상기 엠보 패턴 사이의 적어도 일부에 위치하는 단당류 나노 입자를 더 포함하는 구조체.7. The structure of claim 1, further comprising monosaccharide nanoparticles positioned on at least a portion between the embossed patterns on the substrate.

8. 위 1에 있어서, 상기 기판 상에 상기 패턴을 덮는 APTES 층을 더 포함하는 구조체.8. The structure of 1 above, further comprising an APTES layer covering the pattern on the substrate.

9. 위 1 내지 8 중 어느 한 항의 구조체를 포함하는 외부 환경 감지용 색변환 센서.9. A color conversion sensor for detecting the external environment including the structure of any one of 1 to 8 above.

10. 위 9에 있어서, 상기 외부 환경은 열, 습도 및 휘발성 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 센서.10. The sensor of 9 above, wherein the external environment is at least one selected from the group consisting of heat, humidity, and volatile compounds.

11. 위 10에 있어서, 상기 휘발성 화합물은 에탄올, 이소프로필알코올, 톨루엔, 프로판올, 펜탄올 및 알데하이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 센서.11. The sensor of 10 above, wherein the volatile compound is at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropyl alcohol, toluene, propanol, pentanol and aldehyde.

12. 기판의 적어도 일면에 단당류를 증착시켜 엠보 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 구조체의 제조방법.12. A method of manufacturing a structure comprising depositing monosaccharides on at least one surface of a substrate to form an embossed pattern.

13. 위 12에 있어서, 상기 엠보 패턴이 형성된 기판 상에 APTES를 도포하는 단계를 더 포함하는 제조방법.13. The method of 12 above, further comprising the step of applying APTES on the substrate on which the embossed pattern is formed.

14. 위 12에 있어서, 상기 단당류는 D-글루코오스, D-글루코사민, ß-D-만누로네이트 및 α-L-굴루로네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 제조방법.14. The method of 12 above, wherein the monosaccharide is at least one selected from the group consisting of D-glucose, D-glucosamine, ß-D-mannuronate, and α-L-guluronate.

15. 위 12에 있어서, 상기 기판은 Si, SiO₂, 금 박막 및 알루미늄 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인 제조방법.15. The method of 12 above, wherein the substrate comprises at least one selected from the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin films and aluminum thin films.

16. 위 12에 있어서, 상기 증착은 진공 중에 다당류 파우더를 가열하여, 사슬이 끊어진 단당류가 기판의 적어도 일면에 부착되는 것인 제조방법.16. The method of 12 above, wherein the deposition is by heating the polysaccharide powder in a vacuum such that the chain-broken monosaccharide is attached to at least one surface of the substrate.

17. 위 16에 있어서, 상기 다당류는 셀룰로오스, 키토산 및 알제네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 제조방법.17. The method of 16 above, wherein the polysaccharide is at least one selected from the group consisting of cellulose, chitosan and alginate.

18. 위 12에 있어서, 상기 기판 상에 복수개의 영역을 설정하고, 각 영역별 엠보 패턴의 평균 크기 또는 평균 간격을 달리 형성하는 제조방법.18. The method of 12 above, wherein a plurality of regions are set on the substrate, and the average size or average spacing of emboss patterns for each region is differently formed.

19. 위 18에 있어서, 상기 평균 크기 또는 평균 간격은 증착 시간, 다당류의 총량, 다당류의 종류 및 증착 속도로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 변수로 달리 형성하는 방법.19. The method of 18 above, wherein the average size or average interval is differently formed by at least one variable selected from the group consisting of deposition time, total amount of polysaccharides, type of polysaccharides, and deposition rate.

20. 기판의 적어도 일면에 단당류를 증착시켜 단당류층을 형성하는 단계;20. forming a monosaccharide layer by depositing monosaccharides on at least one surface of the substrate;

상기 단당류층 상에 박막층을 형성하는 단계; 및Forming a thin film layer on the monosaccharide layer; And

상기 단당류층을 용매에 용해시켜 박막층을 분리하는 단계;를 포함하는 박막의 제조 방법.Method of manufacturing a thin film comprising; dissolving the monosaccharide layer in a solvent to separate the thin film layer.

21. 위 20에 있어서, 상기 단당류는 D-글루코오스, N-아세틸글루코사민, D-글루코사민, N-아세틸-D-글루코사민, ß-D-만누로네이트 및 α-L-굴루로네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 제조 방법.21. In the above 20, the monosaccharide is in the group consisting of D-glucose, N-acetylglucosamine, D-glucosamine, N-acetyl-D-glucosamine, ß-D-mannuronate and α-L-guluronate. At least one selected manufacturing method.

22. 위 20에 있어서, 상기 단당류층은 적어도 일부에 엠보 패턴을 갖는 것인 제조 방법.22. The method of 20 above, wherein the monosaccharide layer has an emboss pattern on at least a portion.

23. 위 20에 있어서, 상기 용매는 수혼화성 용매인, 제조 방법.23. The method of 20 above, wherein the solvent is a water-miscible solvent.

본 발명은 엠보 패턴을 포함하는 구조체는 그 제조 공정 및 비용이 매우 간단하고 저렴하고, 상기 구조체를 포함하는 외부 환경 감지용 센서는 색변환을 통해 우수한 감지능력을 가진다.In the present invention, the structure including the embossed pattern is very simple and inexpensive in its manufacturing process and cost, and the sensor for sensing the external environment including the structure has excellent sensing ability through color conversion.

도 1은 본 발명 구조체를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2, 3은 본 발명 구조체의 엠보 패턴을 FE-SEM으로 관찰한 것이다.
도 4 내지 6은 본 발명 구조체(다당류로 셀롤루오스 이용)의 영역대 별 반사 빛의 파장 스펙트럼을 나타내는 것이다.
도 7은 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 을 통해 기존 파우더 형태의 셀룰로오스와 증착된 물질 간 피크 비교결과이다.
도 8은 FTIR을 통해 기존 파우더 형태의 셀룰로오스와 증착된 물질 간 피크 비교결과이다.
도 9, 10은 MALDI-TOF를 통해 기존 파우더 형태의 셀룰로오스(왼쪽)와 증착된 물질(오른쪽)간 질량분석 비교결과이다.
도 11은 구조체의 ESI-MS 결과이다.
도 12는 구조체의 NMR 결과이다.
도 13은 구조체의 XPS 결과이다.
도 14 내지 17은 각각 본 발명 구조체가 열을 센싱하여 색이 변환된 사진 및 각 영역별 RGB 데이터를 나타낸 것이다.
도 18 및 19는 본 발명의 구조체를 포함하는 센서가 에탄올을 감지하여 색변환이 일어남을 보여주는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 20 및 21은 실제 본 발명 구조체를 포함하는 센서가 에탄올과 반응하여 색변환이 일어난 결과를 보여주는 사진 및 각 영역별 RGB 값의 변화도를 보여주는 mapping 데이터이다.
도 22는 각 영역(Band)에서의 엠보 패턴들이 에탄올과 반응함에 따라, 상기 패턴들의 크기나 높이가 변화하여, 반사하는 빛의 파장이 에탄올과 반응하는 시간대별로 변화함을 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명 구조체를 포함하는 색변환 센서가 각 영역대(진녹색, 녹색, 노란색, 흰색) 별 이소프로필알코올과의 반응시간에 따른 RGB 값 변화 정도를 나타낸 것이다.
도 24는 각 휘발성 화합물에 따른 색상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 25는 에탄올 사용시의 시간에 따른 색상 변화를 나타낸 것이다.
도 26은 에탄올 사용시의 시간에 따른 색상 변화를 나타낸 RGB 그래프이다.
도 27은 다양한 휘발성 유기 화합물의 센싱에 따른 색변환 결과이다.
도 28 및 29는 단당류 엠보 패턴을 포함하는 막이 희생막으로 사용될 수 있음을 개략적으로 도시한 것이다.
도 30 및 31은 본 발명 구조체(다당류로 키틴 이용)의 영역대 별 반사 빛의 파장 스펙트럼을 나타내는 것이다.
도 32는 다당류로 키틴을 이용한 구조체의 일 구현예를 나타낸 것이다.
도 33은 희생막 위에 단백질을 특정 구조 형태로 성장시킨 사진이다.
도 34는 희생막이 수혼화성 용매에 녹는 과정을 나타낸 것이다.
도 35는 희생막이 물에 녹고, 물 위에 떠있는 박막을 다른 기판에 이전 시킨 뒤, 해당 물질(박막)이 갖는 구조들이 잘 견디는지 확인했습니다.1 schematically shows a method for manufacturing a structure of the present invention.
2 and 3 show the embo pattern of the structure of the present invention by FE-SEM.
4 to 6 show the wavelength spectrum of reflected light for each region of the structure of the present invention (using cellulose as polysaccharide).
7 is a peak comparison result between the existing powder form of cellulose and the deposited material through the Raman spectrum.
8 is a peak comparison result between the existing powder-form cellulose and the deposited material through FTIR.
9 and 10 are comparison results of mass spectrometry between cellulose (left) and the deposited material (right) in powder form through MALDI-TOF.
11 is a result of ESI-MS of the structure.
12 is an NMR result of the structure.
13 is the XPS result of the structure.
14 to 17 respectively show a picture in which the structure of the present invention senses heat and the color is converted, and RGB data for each area.
18 and 19 schematically show the process of showing the color conversion occurs by the sensor containing the structure of the present invention to detect ethanol.
20 and 21 are mapping data showing a change in RGB values for each region and a photograph showing a result of a color conversion by a sensor including a structure of the present invention reacting with ethanol.
22 shows that as the emboss patterns in each region (Band) react with ethanol, the size or height of the patterns changes, and the wavelength of the reflected light changes with time of reaction with ethanol.
23 shows the degree of change of the RGB value according to the reaction time with the isopropyl alcohol for each zone (dark green, green, yellow, white) of the color conversion sensor including the structure of the present invention.
24 is a graph showing color change according to each volatile compound.
25 shows the color change with time when using ethanol.
26 is an RGB graph showing color change with time when using ethanol.
27 is a result of color conversion according to sensing of various volatile organic compounds.
28 and 29 schematically show that a film containing a monosaccharide emboss pattern can be used as a sacrificial film.
30 and 31 show the wavelength spectrum of reflected light for each region of the structure (using chitin as a polysaccharide) of the present invention.
Figure 32 shows an embodiment of a structure using chitin as a polysaccharide.
33 is a photograph of a protein grown on a sacrificial membrane in a specific structure form.
34 shows a process in which the sacrificial film is dissolved in a water-miscible solvent.
35 confirmed that the structures of the corresponding material (thin film) were well tolerated after the sacrificial film was dissolved in water and the thin film floating on the water was transferred to another substrate.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 기판 및 상기 기판의 적어도 일면에 소정 간격으로 이격되어 위치하는 단당류 엠보 패턴을 포함하는 구조체를 제공한다.The present invention provides a structure comprising a substrate and a monosaccharide emboss pattern spaced apart at predetermined intervals on at least one surface of the substrate.

상기 단당류는 D-글루코오스, D-글루코사민, ß-D-만누로네이트 및 α-L-굴루로네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 아니한다.The monosaccharide may be at least one selected from the group consisting of at least one selected from the group consisting of D-glucose, D-glucosamine, ß-D-mannuronate and α-L-guluronate, but is not limited thereto.

상기 단당류는 다당류의 고분자 사슬이 끊어져 생성된 것일 수 있는데, 이러한 경우, 다당류가 어떠한 물질인지에 따라 구조체가 포함하는 단당류의 종류가 상이해질 수 있다.The monosaccharide may be produced by breaking the polymer chain of the polysaccharide. In this case, the type of the monosaccharide included in the structure may be different depending on what material the polysaccharide is.

상기 구조체는 단당류가 형성하는 엠보 패턴을 포함하는 것으로서, 상기 패턴은 단당류가 자가조립되어 형성한 패턴일 수 있다.The structure includes an emboss pattern formed by monosaccharides, and the pattern may be a pattern formed by self-assembly of monosaccharides.

상기 엠보 패턴은 기판 접촉면 장축의 평균이 100 내지 3000nm, 150 내지 2900nm, 200 내지 2800nm, 250 내지 2700nm, 300 내지 2600nm 또는 300 내지 2500nm일 수 있고, 구체적으로는 육안으로 관찰할 수 있는 가시광선 영역대의 빛을 반사시킨다는 관점에서 300 내지 2500nm일 수 있으나, 구조체 상에 형성하고자 하는 패턴의 형태와 구조체 자체가 반사하고자 하는 색을 고려하여 그 범위를 자유로이 선택할 수 있다. The embossed pattern may have an average of the major axis of the substrate contact surface of 100 to 3000 nm, 150 to 2900 nm, 200 to 2800 nm, 250 to 2700 nm, 300 to 2600 nm, or 300 to 2500 nm, and specifically, a visible light region that can be visually observed. Although it may be 300 to 2500 nm from the viewpoint of reflecting light, the range can be freely selected in consideration of the shape of the pattern to be formed on the structure and the color of the structure itself.

상기 엠보 패턴은 상기 기판으로부터의 평균 높이가 10 내지 500nm, 11 내지 450nm, 12 내지 400nm, 13 내지 350nm, 14 내지 300nm 또는 20 내지 250nm일 수 있고, 구체적으로는 육안으로 관찰할 수 있는 가시광선 영역대의 빛을 반사시킨다는 관점에서 20 내지 250nm일 수 있으나, 구조체 상에 형성하고자 하는 패턴의 형태와 구조체 자체가 반사하고자 하는 색을 고려하여 그 범위를 자유로이 선택할 수 있다.The embossed pattern may have an average height from the substrate of 10 to 500 nm, 11 to 450 nm, 12 to 400 nm, 13 to 350 nm, 14 to 300 nm, or 20 to 250 nm, and specifically, a visible light region that can be visually observed. In view of reflecting the light of the stand, it may be 20 to 250 nm, but the range can be freely selected in consideration of the shape of the pattern to be formed on the structure and the color of the structure itself.

상기 엠보 패턴은 기판의 적어도 일면에 위치하는 것으로서, 기판의 하면, 상면, 측면, 상하면, 상측면, 하측면 또는 상하측면에 위치할 수 있다.The embossed pattern is located on at least one surface of the substrate, and may be located on a lower surface, an upper surface, a side surface, an upper and lower surfaces, an upper surface, a lower surface, or an upper and lower surface of the substrate.

상기 엠보 패턴은 소정 간격으로 이격되어 위치하는 것으로서, 상기 소정 간격은 500 내지 3000nm, 510 내지 2900nm, 520 내지 2800nm, 530 내지 2700nm, 540 내지 2600nm, 550 내지 2500nm, 560 내지 2400nm, 570 내지 2300nm, 580 내지 2200nm, 590 내지 2100nm 또는 600 내지 2000nm일 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 아니한다. The embossed patterns are located spaced apart at predetermined intervals, and the predetermined intervals are 500 to 3000 nm, 510 to 2900 nm, 520 to 2800 nm, 530 to 2700 nm, 540 to 2600 nm, 550 to 2500 nm, 560 to 2400 nm, 570 to 2300 nm, and 580 It may be 2200 nm, 590-2100 nm, or 600-2000 nm, but is not particularly limited thereto.

상기 기판은 이의 적어도 일면에 형성된 단당류와 반응하지 않는 재질의 것이라면 특별히 제한되지 아니하고, 당업계에 주지된 재질의 것을 사용할 수 있으며, Si, SiO₂, 금 박막 및 알루미늄 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기판의 경우 이의 적어도 일면에 형성되는 엠보 패턴의 결정성과 규칙성을 보다 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.The substrate is not particularly limited as long as it is a material that does not react with the monosaccharide formed on at least one surface thereof, and a material well known in the art may be used, and at least one selected from the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin film, and aluminum thin film In the case of a substrate comprising a, there is an advantage that the crystallinity and regularity of the embossed pattern formed on at least one surface thereof can be further improved.

상기 구조체는 엠보 패턴의 평균 크기 또는 평균 간격이 상이한 복수개의 영역을 포함하는 것일 수 있다.The structure may include a plurality of regions having different average sizes or average intervals of embossed patterns.

상기 평균 크기는 기판의 적어도 일면에 형성된 엠보의 기판 접촉면 장축의 평균 길이와, 기판으로부터 엠보의 평균 높이를 모두 포함하여 고려되는 것일 수 있고, 평균 크기가 상이한 경우, 해당 엠보에서 반사하는 빛의 파장이 상이하여 육안에 다른 색상으로 관찰될 수 있다.The average size may be considered to include both the average length of the long axis of the substrate contact surface of the emboss formed on at least one surface of the substrate and the average height of the emboss from the substrate, and when the average size is different, the wavelength of light reflected from the emboss This difference can be observed with different colors to the naked eye.

상기 평균 간격은 기판의 적어도 일면에 형성된 엠보 간 이격된 소정의 간격을 의미하는 것일 수 있고, 평균 간격이 상이한 경우, 해당 영역에서의 엠보 밀도가 상이하게 되어, 반사하는 빛의 파장이 상이하여 육안에 다른 색상으로 관찰될 수 있다.The average spacing may mean a predetermined spacing spaced between embosses formed on at least one surface of the substrate, and when the average spacing is different, the density of embosses in the corresponding region is different, and the wavelength of reflected light is different, and thus the naked eye is visible. In different colors can be observed.

상기 복수개의 영역은 직선 형태 및 곡선 형태를 포함하는 다양한 형태로 경계가 형성되어 육안상 구분될 수 있고, 이러한 경우, 상기 경계에 의해 구분되는 영역 간 육안에 들어오는 반사 빛 파장이 상이할 수 있다.The plurality of regions may be distinguished visually by forming a boundary in various forms including a straight line shape and a curved shape, and in this case, the wavelengths of reflected light entering the naked eye between the regions divided by the boundary may be different.

상기 구조체는 엠보 패턴 사이의 적어도 일부에 단당류 나노 입자가 위치하는 것일 수 있는데, 이러한 경우, 상기 단당류 나노 입자는 단당류 간 자가조립을 이루지 못하여 엠보 패턴을 이루지 못한 것일 수 있다.The structure may be that monosaccharide nanoparticles are located on at least a portion between emboss patterns. In this case, the monosaccharide nanoparticles may not have self-assembly between monosaccharides and thus may not form an emboss pattern.

상기 구조체는 상기 기판 상에 패턴을 덮는 추가적인 층을 더 포함할 수 있는데, 예를 들면, APTES(3-Aminopropyl)triethoxysilane) 층을 더 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 아니하고, 후술할 외부 환경 감지용 센서로 사용하는 경우 감지 대상 물질에 따라 다양하게 선택할 수 있다.The structure may further include an additional layer covering the pattern on the substrate. For example, the structure may further include an APTES (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES) layer, but is not limited thereto, and sensing an external environment to be described later. When used as a sensor, it can be variously selected depending on the substance to be detected.

본 발명은 상술한 구조체를 포함하는 외부 환경 감지용 색변환 센서를 제공한다.The present invention provides a color conversion sensor for sensing the external environment including the above-described structure.

본 발명의 센서는 상술한 구조체가 외부 환경의 변화에 따라 엠보 패턴의 크기 또는 패턴간 간격이 상이하게 변화함으로써, 구조체 자체가 반사하는 빛의 파장이 변화함을 육안으로 관찰할 수 있고, 이로 인해 외부 환경을 감지할 수 있음에 기반한 것일 수 있다.The sensor of the present invention can be observed with the naked eye that the wavelength of the light reflected by the structure itself is changed by changing the size of the embossed pattern or the spacing between patterns according to the change in the external environment of the structure described above. It may be based on being able to sense the external environment.

구체적으로, 엠보 패턴은 단당류 물질이 자가조립되어 형성된 엠보 형태의 자가조립체일 수 있고, 이러한 경우, 외부 환경에 의해 자가조립체의 3차 구조가 변형됨에 따라, 구조체가 포함하는 엠보 패턴의 크기 또는 패턴간 간격이 상이해짐에 기반한 것일 수 있다.Specifically, the embossed pattern may be an embossed self-assembled body formed by self-assembly of a monosaccharide material, and in this case, as the tertiary structure of the self-assembled body is modified by an external environment, the size or pattern of the embossed pattern included in the structure. It may be based on the difference in liver spacing.

본 발명의 센서가 감지할 수 있는 외부 환경으로서, 열, 습도 및 휘발성 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 엠보 패턴의 크기 또는 엠보 패턴 간 간격의 변화를 유도할 수 있는 외부 환경이라면 특별히 제한되지 아니한다.As an external environment that can be sensed by the sensor of the present invention, it may be at least one selected from the group consisting of heat, humidity, and volatile compounds, but if it is an external environment that can induce a change in the size of an emboss pattern or an interval between emboss patterns It is not limited.

본 발명의 센서가 감지할 수 있는 휘발성 화합물로서, 에탄올, 이소프로필알코올, 톨루엔, 프로판올, 펜탄올 및 알데하이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 이 역시 엠보 패턴의 크기 또는 엠보 패턴 간 간격의 변화를 유도할 수 있는 외부 환경이라면 특별히 제한되지 아니한다.As a volatile compound that can be sensed by the sensor of the present invention, it may be at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropyl alcohol, toluene, propanol, pentanol, and aldehyde, but this is also the size of the embo pattern or the interval between embo patterns. Any external environment that can induce change is not particularly limited.

본 발명은 기판의 적어도 일면에 단당류를 증착시켜 엠보 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 구조체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a structure comprising depositing a monosaccharide on at least one surface of a substrate to form an embossed pattern.

상기 제조방법은 기판의 적어도 일면에 단당류를 증착시키는 것으로서, 기판의 하면, 상면, 측면, 상하면, 상측면, 하측면 또는 상하측면에 증착시키는 것일 수 있다.The manufacturing method is to deposit monosaccharides on at least one surface of the substrate, and may be deposited on the lower surface, upper surface, side surface, upper surface, upper surface, lower surface, or upper surface of the substrate.

상기 기판은 이의 적어도 일면에 증착된 단당류와 반응하지 않는 재질의 것이라면 특별히 제한되지 아니하고, 당업계에 주지된 재질의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면, Si, SiO₂, 금 박막 및 알루미늄 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, Si 또는 SiO₂ 를 포함하는 기판의 경우 이의 적어도 일면에 증착되는 엠보 패턴의 결정성과 규칙성을 보다 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.The substrate is not particularly limited as long as it is of a material that does not react with the monosaccharide deposited on at least one surface thereof, and a material well known in the art may be used, for example, made of Si, SiO ₂ , gold thin film, and aluminum thin film. Although it may include at least one selected from the group, the substrate containing Si or SiO ₂ has an advantage that the crystallinity and regularity of the embossed pattern deposited on at least one surface thereof can be improved.

상기 제조방법은 상기 엠보 패턴이 형성된 기판 상에 APTES를 도포하는 단계를 더 포함하는 제조방법일 수 있는데, 반드시 이에 제한되지 아니하고, 전술한 외부 환경 감지용 센서로의 사용을 고려하는 경우, 감지 대상 물질에 따라 다양하게 물질을 선택하여 도포할 수 있다.The manufacturing method may be a manufacturing method further comprising the step of applying APTES on the substrate on which the embossed pattern is formed, but is not necessarily limited thereto, and considering the use as a sensor for detecting the external environment described above, a sensing target Various materials can be selected and applied depending on the material.

보다 구체적으로, 상기 단당류의 증착은 진공 중에 다당류 파우더를 가열하여, 사슬이 끊어진 단당류가 기판의 적어도 일면에 부착되는 것일 수 있는데, 이는 단당류 또는 다당류를 용액 상태로 용해시킨 후 증착시키는 것과는 증착의 형태가 완전히 상이하게 되고, 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 구조체가 특유의 엠보 패턴을 나타내는 주된 원인으로 판단된다.More specifically, the deposition of the monosaccharides may be by heating the polysaccharide powder in vacuum, such that the chain-disconnected monosaccharides are attached to at least one surface of the substrate, which is a form of deposition after dissolving the monosaccharides or polysaccharides in a solution state and depositing them. Is completely different, and the structure produced by the manufacturing method of the present invention is judged to be the main cause of the characteristic emboss pattern.

상기 다당류 파우더로서 사용할 수 있는 다당류 물질로는 셀룰로오스, 키틴, 키토산 및 알지네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 아니한다.The polysaccharide material that can be used as the polysaccharide powder may be at least one selected from the group consisting of cellulose, chitin, chitosan, and alginate, but is not necessarily limited thereto.

상기 증착은 엠보 패턴을 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 자유로이 선택하여 수행할 수 있으나, 구체적으로는 진공 열증착법을 택하여 수행할 수 있다.The deposition is not particularly limited as long as it is a method capable of forming an embossed pattern and can be performed freely, but specifically, it can be performed by selecting a vacuum thermal vapor deposition method.

상기 제조방법은 상기 기판 상에 복수개의 영역을 설정하고, 각 영역별 엠보 패턴의 평균 크기 또는 평균 간격을 달리 형성하는 제조방법일 수 있다.The manufacturing method may be a manufacturing method in which a plurality of regions are set on the substrate and the average size or average spacing of emboss patterns for each region is differently formed.

상기 복수개의 영역은 기판의 적어도 일면에 유리 막으로 증착이 되는 부분과 안되는 부분을 나누는 형태로 영역을 설정하여 반복 공정을 진행 하거나, 내부 셔터의 열림 정도를 조절하거나, 이의 열어두는 각도를 조절하는 등의 방법을 선택할 수 있으나, 기판에 증착되는 특정 영역을 설정할 수 있는 방법이라면 그 선택에 특별한 제한은 없다.The plurality of regions may be set to form a region in which a portion that is deposited as a glass film and a portion that is not deposited are formed on a surface of at least one surface of the substrate to repeat the process, adjust the degree of opening of the internal shutter, or adjust the opening angle thereof. The method can be selected, but there is no particular limitation in selecting the method as long as it can set a specific area to be deposited on the substrate.

상기 영역별 엠보 패턴의 평균 크기 또는 평균 간격은 증착 시간, 다당류의 총량, 다당류의 종류 및 증착 속도로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 변수로 달리 형성할 수 있는데, 상기 평균 크기 또는 평균 간격이 상이함에 따라, 각 영역이 반사하는 빛의 파장이 상이하게 된다.The average size or average interval of the emboss pattern for each region may be differently formed by at least one variable selected from the group consisting of deposition time, total amount of polysaccharides, type of polysaccharides, and deposition rate, but the average size or average interval is different. Accordingly, the wavelength of light reflected by each region is different.

보다 구체적으로, 상기 엠보 패턴은 단당류 물질이 증착된 후 자가조립되어 형성된 엠보 형태의 자가조립체일 수 있고, 이러한 경우 상기의 변수로 증착의 양, 증착의 두께, 증착의 밀도 등을 조절함으로써, 각 영역별 반사하는 빛의 파장이 상이해짐에 기반한 것일 수 있다.More specifically, the embossed pattern may be an embossed self-assembled body formed by self-assembly after the monosaccharide material is deposited, and in this case, by controlling the amount of deposition, the thickness of the deposition, the density of the deposition, etc. It may be based on a difference in wavelength of light reflected by each region.

또한, 본 발명은 박막의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a thin film.

본 발명의 방법은 기판의 적어도 일면에 단당류를 증착시켜 단당류층을 형성하는 단계; 상기 단당류층 상에 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 단당류층을 용매에 용해시켜 박막층을 분리하는 단계;를 포함한다.The method of the present invention comprises the steps of depositing a monosaccharide on at least one surface of a substrate to form a monosaccharide layer; Forming a thin film layer on the monosaccharide layer; And dissolving the monosaccharide layer in a solvent to separate the thin film layer.

상기 기판은 이의 적어도 일면에 형성된 단당류와 반응하지 않는 재질의 것이라면 특별히 제한되지 아니하고, 당업계에 주지된 재질의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 Si, SiO₂, 금 박막 및 알루미늄 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기판일 수 있다.The substrate is not particularly limited as long as it is a material that does not react with the monosaccharide formed on at least one surface thereof, and a material well known in the art may be used, for example, in the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin film, and aluminum thin film. It may be a substrate including at least one selected.

상기 단당류는 D-글루코오스, N-아세틸글루코사민, D-글루코사민, ß-D-만누로네이트 및 α-L-굴루로네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The monosaccharide may be at least one selected from the group consisting of at least one selected from the group consisting of D-glucose, N-acetylglucosamine, D-glucosamine, ß-D-mannuronate and α-L-guluronate.

단당류는 수용성 단당류 일 수 있다.The monosaccharide can be a water-soluble monosaccharide.

단당류층은 적어도 일부에 엠보 패턴을 갖는 것일 수 있다.The monosaccharide layer may have an emboss pattern on at least a part.

상기 엠보 패턴은 기판 접촉면 장축의 평균이 100 내지 3000nm, 150 내지 2900nm, 200 내지 2800nm, 250 내지 2700nm, 300 내지 2600nm 또는 300 내지 2500nm일 수 있다. 엠보 패턴을 갖는 단당류층 상에 박막층을 형성하면, 박막층이 하면에서 엠보 패턴에 대응되는 위치에 오목 패턴이 형성될 수 있는 것으로서, 상기 엠보 패턴은 형성하고자 하는 오목 패턴의 크기에 맞추어 형성될 수 있다.The embossed pattern may have an average of the major axis of the substrate contact surface of 100 to 3000 nm, 150 to 2900 nm, 200 to 2800 nm, 250 to 2700 nm, 300 to 2600 nm, or 300 to 2500 nm. When a thin film layer is formed on a monosaccharide layer having an embossed pattern, a concave pattern may be formed at a position corresponding to the embossed pattern on the lower surface of the thin film layer, and the embossed pattern may be formed according to the size of the concave pattern to be formed. .

상기 엠보 패턴은 상기 기판으로부터의 평균 높이가 10 내지 500nm, 11 내지 450nm, 12 내지 400nm, 13 내지 350nm, 14 내지 300nm 또는 20 내지 250nm일 수 있다. 이도 마찬가지로 형성하고자 하는 오목 패턴의 크기에 맞추어 형성될 수 있다.The embossed pattern may have an average height from the substrate of 10 to 500 nm, 11 to 450 nm, 12 to 400 nm, 13 to 350 nm, 14 to 300 nm or 20 to 250 nm. This may also be formed according to the size of the concave pattern to be formed.

증착 횟수 또는 증착 시간을 조절하여 상기 패턴의 길이, 높이 등이 조절될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 증착 횟수나 시간이 증가하면 패턴의 길이 또는 높이가 증가할 수 있다The length and height of the pattern may be adjusted by adjusting the number of depositions or the deposition time, but the pattern is not limited thereto. For example, as the number or time of deposition increases, the length or height of the pattern may increase.

상기 엠보 패턴은 소정 간격으로 이격되어 위치하는 것으로서, 상기 소정 간격은 500 내지 3000nm, 510 내지 2900nm, 520 내지 2800nm, 530 내지 2700nm, 540 내지 2600nm, 550 내지 2500nm, 560 내지 2400nm, 570 내지 2300nm, 580 내지 2200nm, 590 내지 2100nm 또는 600 내지 2000nm일 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않고, 상기 범위 내에서 형성하고자 하는 오목 패턴의 간격에 맞추어 형성될 수 있다.The embossed patterns are located spaced apart at predetermined intervals, and the predetermined intervals are 500 to 3000 nm, 510 to 2900 nm, 520 to 2800 nm, 530 to 2700 nm, 540 to 2600 nm, 550 to 2500 nm, 560 to 2400 nm, 570 to 2300 nm, and 580 It may be 2200 nm, 590 to 2100 nm, or 600 to 2000 nm, but is not particularly limited thereto, and may be formed according to an interval of a concave pattern to be formed within the above range.

상기 단당류층 상에 박막층을 형성한다.A thin film layer is formed on the monosaccharide layer.

박막층은 증착층일 수 있다. 이는 예를 들면 금속, 단백질, 펩타이드 등의 증착층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 박막층은 후술하는 수혼화성 용매에 녹지 않는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.The thin film layer may be a deposition layer. This may be, for example, a deposition layer of metal, protein, peptide, etc., but is not limited thereto. The thin film layer can be used without limitation as long as it is insoluble in a water-miscible solvent described later.

본 발명의 방법은 후술할 수혼화성 용매로서 물을 사용할 수 있으므로, 상기 유기 용매 등에 약한 단백질 등의 생물 유래 소재 박막층에 대해서도 적용 가능하다.Since the method of the present invention can use water as a water-miscible solvent, which will be described later, it can also be applied to a thin film layer of a bio-derived material such as a weak protein in the organic solvent or the like.

박막층은 최종적으로 얻고자 하는 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들면 10nm 내지 1000㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thin film layer may be formed to a thickness desired to be finally obtained, and may be, for example, 10 nm to 1000 μm, but is not limited thereto.

필요에 따라 단당류층 상과 박막층 사이에 박막층의 구조 안정성을 개선하는 버퍼층을 더 형성할 수 있다.If necessary, a buffer layer for improving the structural stability of the thin film layer may be further formed between the monosaccharide layer and the thin film layer.

버퍼층은 단당류층의 용해시에 박막층을 구조적으로 잡아주어, 박막층이 조각나는 등의 손상을 방지할 수 있다.The buffer layer structurally holds the thin film layer upon dissolution of the monosaccharide layer, thereby preventing damage such as fragmentation of the thin film layer.

버퍼층으로는 후술하는 수혼화성 용매에 녹지 않는 것이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 MoO₃를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The buffer layer may be used without limitation as long as it is not soluble in a water-miscible solvent, which will be described later. Specifically, MoO ₃ may be used, but is not limited thereto.

이후 상기 단당류층을 용해시키면 박막층만을 분리하여 얻을 수 있다.Thereafter, when the monosaccharide layer is dissolved, only the thin film layer can be obtained.

단당류층은 수혼화성 용매(water miscible)로 용해시킬 수 있다. 이는 예를 들면 물과 혼화될 수 있는 유기 용매 또는 무기 용매를 포함한다.The monosaccharide layer can be dissolved with a water miscible. This includes, for example, organic or inorganic solvents that are miscible with water.

유기용매의 구체적인 예를 들자면, 아세트산, 아세톤, 아세토니트릴, 부탄디올, 부톡시에탄올, 부티르산, 디에탄올아민, 디에틸렌트리아민, 디메틸포름아미드, 디메톡시에탄, 디메틸 설폭사이드, 디옥산, 에탄올, 에틸아민, 에틸렌글리콜, 포름산, 퍼푸릴 알코올, 글리세롤, 메탄올, 메틸 디에탄올아민, 메틸이소시아나이드, 메틸피롤리돈, 프로판올, 프로판디올, 펜탄디올, 프로판올, 프로판산, 프로필렌글리콜, 피리딘, 테트라하이드로퓨란, 트리에틸렌글리콜 등을 들 수 있다.Specific examples of the organic solvent include acetic acid, acetone, acetonitrile, butanediol, butoxyethanol, butyric acid, diethanolamine, diethylenetriamine, dimethylformamide, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, dioxane, ethanol, ethyl Amines, ethylene glycol, formic acid, perfuryl alcohol, glycerol, methanol, methyl diethanolamine, methyl isocyanide, methylpyrrolidone, propanol, propanediol, pentanediol, propanol, propanoic acid, propylene glycol, pyridine, tetrahydro Furan, triethylene glycol, and the like.

무기 용매의 구체적인 예를 들자면, 물, 디메틸히드라진, 히드라진, 불소산, 과산화수소, 질산, 황산 등을 들 수 있다.Specific examples of the inorganic solvent include water, dimethylhydrazine, hydrazine, fluoric acid, hydrogen peroxide, nitric acid, sulfuric acid, and the like.

구체적으로 상기 수혼화성 용매는 물일 수 있다.Specifically, the water-miscible solvent may be water.

상기 단당류층은 희생막으로서 사용되는 것으로, 희생막은 통상 반도체 공정에서 소자 제조시에 사용된다. 그러나, 통상 희생막은 물리적 에칭 또는 화학적 에칭 등으로 제거되는 것으로, 이러한 방법의 사용시에는 비용 증가, 환경 오염, 그리고 그 위에 형성된 층의 손상 등의 문제가 발생할 수 있다.The monosaccharide layer is used as a sacrificial film, and the sacrificial film is usually used in device manufacturing in a semiconductor process. However, the sacrificial film is usually removed by physical etching or chemical etching, and when using this method, problems such as an increase in cost, environmental pollution, and damage to a layer formed thereon may occur.

그러나, 본 발명에 따른 단당류층은 수혼화성 용매에 쉽게 용해되는 것으로서 이를 오염 문제 없이, 간단한 방법으로 제거할 수 있으며, 중성이며 화학적 손상을 가하지 않는 용매를 사용하여 단당류층 상의 박막층의 손상 없이 분리된 박막층을 얻을 수 있다.However, the monosaccharide layer according to the present invention is easily soluble in a water-miscible solvent and can be removed by a simple method without contamination problems, and is separated without damaging the thin film layer on the monosaccharide layer using a solvent that is neutral and does not cause chemical damage. A thin film layer can be obtained.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present invention.

실시예 1. 본 발명 구조체의 제조Example 1. Preparation of structure of the invention

다당류 물질인 셀룰로오스(Cellulose) 의 파우더를 Al₂O₃ Crucible에 0.1g 넣고, 진공 챔버(Vacuum chamber)에 넣는다.0.1 g of the powder of polysaccharide material, Cellulose, is added to the Al ₂ O ₃ crucible, and then into a vacuum chamber.

5.5 X 10^-6 내지 6.5 X 10^-6Torr의 진공도에서 전압과 전류를 흘려주기 시작한다. 이 때, Crucible에 직접적으로 전기를 가하는 것이 아닌, 주변부를 통하여 열을 전달하도록 하는데, 진공 챔버 내부를 증발한 셀룰로오스로 채워야 하기 때문에, 조금씩 열을 가하여 준다. 최종 바이어스(bias)는 0.29V, 60A이고, 한 번에 증가시켜 도달하는 것이 아닌, 5분 단위로 조금씩 올려 도달하게 한다. 이 때, 진공도는 1.0 X 10^-4 에서부터 증착이 되기 시작하며, 증착의 속도는 1.5 내지 2 A/s 이다(도 1).It starts to flow voltage and current at a vacuum degree of 5.5 X 10 ^-6 to 6.5 X 10 ^-6 Torr. At this time, instead of applying electricity directly to the crucible, heat is transmitted through the periphery. Since the inside of the vacuum chamber must be filled with evaporated cellulose, little heat is applied. The final bias is 0.29V, 60A, and it is reached by increasing in small increments of 5 minutes instead of increasing at once. At this time, the degree of vacuum starts to be deposited from 1.0 X 10 ^-4 , and the rate of deposition is 1.5 to 2 A/s (FIG. 1).

이 때, 유리 막으로 증착이 되는 부분과 안되는 부분을 나누는 형태로 영역을 설정하여 반복 공정을 진행 하거나(도 1A), 내부 셔터의 열림 정도를 조절하거나, 이의 열어두는 각도를 조절하여(도 1B) 증착의 두께를 상이하게 조절할 수 있다.At this time, the region is set in a form of dividing the portion to be deposited and the portion not being deposited with the glass film to perform the iterative process (FIG. 1A), or by adjusting the opening degree of the internal shutter, or by adjusting the opening angle thereof (FIG. 1B). ) The thickness of the deposition can be adjusted differently.

다당류 물질로서 셀룰로오스 외 키틴에 대해서도 실험을 진행하였고, 실험 조건은 상기와 동일하다.As a polysaccharide material, experiments were conducted on chitin other than cellulose, and the experimental conditions are the same as above.

실시예 2. 본 발명 구조체의 엠보 패턴 및 색상 분석Example 2. Analysis of embo patterns and colors of structures of the present invention

본 발명 구조체의 엠보 패턴을 FE-SEM으로 관찰한 결과를 도 2에서 확인할 수 있는데, 증착의 두께에 따라 그 색상이 상이하게 나타남을 확인할 수 있다. 이는 증착의 두께에 따라, 빛의 반사 파장이 상이하게 나타남으로써, 육안에 비치는 빛 또한 상이하게 나타나는 것이다.The result of observing the embossed pattern of the structure of the present invention with FE-SEM can be confirmed in FIG. 2, and it can be confirmed that the color appears differently according to the thickness of the deposition. This means that depending on the thickness of the deposition, the reflected wavelength of light is different, so that light reflected by the naked eye is also different.

도 2를 살펴보면, 기판의 일면에의 증착은 입자의 형태(Particle)로 증착이 되고, Bump 형태의 엠보 패턴을 형성하며 필름 형성이 없이 증착됨을 확인할 수 있다.Looking at Figure 2, it can be seen that deposition on one surface of the substrate is deposited in the form of particles (Particle), forming an emboss pattern in the form of a bump and deposited without film formation.

또한, 도 2를 참조하면, 각 영역의 색상별로 증착된 입자가 형성하는 엠보 패턴의 크기를 평균적으로 측정할 수 있는데, 짙은 초록색의 경우 평균 직경 600nm, 평균 높이 31nm의 엠보 패턴, 연한 녹색의 경우 평균 직경 800nm, 평균 높이 51nm, 노란색의 경우 평균 직경 950nm, 평균 높이 130nm, 흰색의 경우 평균 직경 2μm, 평균 높이 200nm를 갖는다.In addition, referring to FIG. 2, the size of the embossed pattern formed by particles deposited by color of each region can be averagely measured. In the case of dark green, an embossed pattern having an average diameter of 600 nm, an average height of 31 nm, and a light green case It has an average diameter of 800 nm, an average height of 51 nm, an average diameter of 950 nm, an average height of 130 nm, a white average diameter of 2 μm, and an average height of 200 nm.

또한, 도 3을 참고하면, 파티클 형태의 원형 구조의 지름은 218nm부터 1㎛ 상당까지 성장하고, 색상은 짙은 초록색으로부터 지름의 길이가 길어지면 빨강색, 더 길어지면 회색을 나타냄을 확인할 수 있다. 색상을 나타내는 원인으로는 구조가 갖고 있는 지름도 있겠지만 해당 구조들의 분포 또한 색상에 영향을 주는 것으로 판단된다.In addition, referring to FIG. 3, it can be seen that the diameter of the circular structure in the form of particles grows from 218 nm to 1 μm, and the color is dark green to red when the diameter is longer, and gray when it is longer. The cause of the color may be the diameter of the structure, but the distribution of the structures is also considered to affect the color.

패턴의 분포의 경우 지름의 크기가 커질 수록 분포가 줄어드는 것을 확인할 수 있다(표 1).In the case of pattern distribution, it can be seen that as the diameter size increases, the distribution decreases (Table 1).

도 4 내지 6, 13은 본 발명 구조체의 영역대 별 반사 빛의 파장 스펙트럼을 나타내는 것인데, 영역대 별로 엠보 패턴의 크기 또는 높이가 상이하여, 반사되는 빛의 파장대가 상이함을 확인할 수 있다.4 to 6 and 13 show the wavelength spectrum of the reflected light for each region of the structure of the present invention, it can be seen that the size or height of the embossed pattern is different for each region, so that the wavelength band of reflected light is different.

그리고 스펙트로포토미터를 통해, 육안을 통해 보는 색상이 해당 색상이 명확한지 확인한 것으로, 각 구조들이 규칙적으로 존재하지 않기 때문에, 명확한 색상을 내게 하기 위하여, 45°로 빛을 주었고, 다른 빛들이 들어오지 않게 통제한 상황에서 진행하였다. 각 파장들의 피크들은 일반적으로 해당 색상이 갖고 있는 파장과 일치함을 확인하였다.Also, through the spectrophotometer, the color seen through the naked eye was checked to see if the color was clear. Since each structure does not exist regularly, the light was lighted at 45° to give a clear color, so that no other light would enter. Proceeded under controlled circumstances. It was confirmed that the peaks of the respective wavelengths generally correspond to the wavelengths of the corresponding color.

실시예 3. 본 발명 구조체에 증착된 물질 분석Example 3. Analysis of materials deposited on structures of the invention

증착 후, Crucible에 남은 셀룰로오스가 탄화됨을 확인한 바, 증착된 물질이 셀룰로오스가 맞는지 판별하고자 하였다.After the deposition, it was confirmed that the remaining cellulose in the crucible was carbonized, and it was attempted to determine whether the deposited material fits the cellulose.

도 7 및 8을 참조하면, 라만 스펙트럼(Raman spectrum), FTIR을 통해 기존 파우더 형태의 셀룰로오스와 증착된 물질 간 피크 비교결과를 확인할 수 있는데, 양자간 Raman, FTIR 모두에서 비슷한 피크를 보이고 있는 바, 기존 파우더 형태의 셀룰로오스에서 유래된 물질이 그대로 증착되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figures 7 and 8, Raman spectrum (Raman spectrum), through FTIR can be confirmed the peak comparison result between the cellulose in the powder form and the deposited material, both of which show similar peaks in both Raman, FTIR, It can be confirmed that the substance derived from the existing powder form of cellulose was deposited as it is.

도 9 및 10을 참조하면, MALDI-TOF를 통해 기존 파우더 형태의 셀룰로오스(왼쪽)와 증착된 물질(오른쪽) 간 질량분석 비교결과를 확인할 수 있는데, 증착된 물질이 상대적으로 낮은 질량 피크를 보이고 있는 바, 기존 파우더 형태의 셀룰로오스 내 고분자 사슬이 열에 의해 끊겨, 단당류의 형태로 증착됨을 암시케 한다.9 and 10, MALDI-TOF confirms the mass spectrometry comparison result between the existing powder form of cellulose (left) and the deposited material (right), where the deposited material shows a relatively low mass peak. Bar, suggesting that the polymer chain in the existing powder form of cellulose is broken by heat and deposited in the form of monosaccharides.

분자량이 낮아 정확한 판단을 위해서 ESI-MS라는 장비를 도입하였고, 해당 신호들이 확실하게 단당류 형태로 흡착이 된 셀룰로오스임을 보여준다(도 11).The equipment called ESI-MS was introduced for accurate determination due to its low molecular weight, and it shows that the corresponding signals are cellulose adsorbed in the form of monosaccharides (FIG. 11).

또한, 도 12에서 NMR 기법으로 셀룰로오스의 결합을 가짐을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen from FIG. 12 that the NMR technique has a bond of cellulose.

XPS는 X-ray를 쏘아 광전효과를 통해 나오는 전자의 운동 에너지를 분석함으로써 원소의 화학적 성질이나 전자의 상관관계를 연구하는 분광법으로, 도 13에서 셀룰로오스를 파괴하지 않는 액상 공정 데이터와의 비교분석을 통해 열증착 방법을 통해 형성한 구조체 또한, 셀룰로오스가 맞음을 확인하였다.XPS is a spectroscopic method to study the chemical properties of electrons or the correlation of electrons by analyzing the kinetic energy of electrons emitted through the photoelectric effect by shooting an X-ray, and comparative analysis with liquid process data that does not destroy cellulose in FIG. 13. The structure formed through the thermal evaporation method was also confirmed that the cellulose was fit.

실시예 4. 본 발명 센서의 외부 환경 감지능 분석Example 4. Analysis of the sensor's external environment detection capability

1. 열1. Heat

(1) 실험방법(1) Experiment method

실시예 1의 구조체를 낮은 온도에서 높은 온도까지 상승시킬 때, 온도의 안정 시간을 가지면서 단계적으로 온도를 상승시켜가며 구조체의 색변환 정도를 측정하였다. 온도 상승의 단계적 스텝은 하기 표 2에 나타내었다.When the structure of Example 1 was raised from a low temperature to a high temperature, the degree of color conversion of the structure was measured while gradually raising the temperature while having a stabilization time of the temperature. The stepwise steps of temperature rise are shown in Table 2 below.

~200초~200 seconds 상온(27℃)에서 50℃로 온도 상승Temperature rise from room temperature (27℃) to 50℃ 200초 ~ 500초200 seconds to 500 seconds 50℃ 유지50℃ maintenance 500초 ~ 600초500 seconds to 600 seconds 50℃ 에서 100℃로 온도 상승Temperature rise from 50℃ to 100℃ 600초 ~ 1200초600 seconds to 1200 seconds 100℃ 유지Maintain 100℃ 1200초 ~ 1250초1200 seconds to 1250 seconds 100℃ 에서 150℃로 온도 상승Temperature rise from 100℃ to 150℃ 1250초 ~ 1800초1250 seconds ~ 1800 seconds 150℃ 유지Maintain 150℃ 1800초 ~ 1860초1800 seconds to 1860 seconds 150℃ 에서 200℃로 온도 상승Temperature rise from 150℃ to 200℃ 1860초 ~ 2200초1860 seconds to 2200 seconds 200℃ 유지200℃ maintenance

(2) 실험결과(2) Experiment result

본 발명 구조체가 열을 센싱하여 그 색이 변환되고, 이를 통해 열 감지용 센서로서 활용가능함을 보여줌을 실제 실험으로 확인하였고, 이의 색변환 전후 사진을 도 14에, 색변환 전후 각 영역별 RGB 데이터를 도 15에 나타내었다.It has been confirmed by actual experiments that the structure of the present invention senses heat and its color is converted, thereby showing that it can be used as a sensor for heat detection, and the pictures before and after the color conversion are shown in FIG. 14, and RGB data for each area before and after color conversion. 15 is shown.

도 14, 15를 참조하면, 온도가 변함에 따라 급격하게 색이 변화하고, 온도에 따라 나타내는 색이 상이함을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명 구조체를 포함하는 센서가 온도의 변화를 감지할 수 있고, 또한 특정 온도 범위도 감지해낼 수 있음을 확인케 하는 결과로 판단되는데, 엠보 패턴에 내포되어 있는 수분이 온도가 증가함에 따라 줄어들면서, 엠보 패턴 자체의 크기 또는 높이가 줄어들어 색상이 변화되는 것으로 생각된다.14 and 15, it can be confirmed that the color changes rapidly as the temperature changes, and the color displayed according to the temperature is different. This is determined as a result of confirming that the sensor including the structure of the present invention can detect a change in temperature and also detect a specific temperature range. As the temperature of the moisture contained in the embossing pattern increases, the temperature increases. As it shrinks, it is thought that the color or color changes as the size or height of the embossed pattern itself decreases.

각 열은 단계별로 50℃, 100℃, 150℃, 200℃로 진행하였다. 각 온도별로, RGB 그래프들이 변하지 않고 일정하게 유지되는 시간을 정하여, 해당 온도를 인가하고 1시간씩 대기하였다.Each column was conducted in steps of 50°C, 100°C, 150°C, and 200°C. For each temperature, the time for which the RGB graphs remained constant was determined, and the corresponding temperature was applied and waited for 1 hour.

50℃에서는 드라마틱한 변화가 없었으나, 물이 증발하는 100℃부터는 급격하게 변하게 되었습니다. 색상 사진을 보면 높은 열을 인가할 수록, 패턴에 내포되어있는 수분이 증발함으로써, 앰보패턴이 수축되는 현상으로 인해, 지름이 줄어들고 지름이 작은 패턴들이 나타내는 색상으로 변화한다(도 16, 17).There was no dramatic change at 50℃, but it changed rapidly from 100℃ when water evaporated. Looking at the color photograph, the more heat is applied, the moisture contained in the pattern evaporates, and the amber pattern shrinks due to the shrinkage of the amber pattern, and the color changes to the color represented by the small-diameter patterns (Figs. 16 and 17).

2. 에탄올2. Ethanol

(1) 실험방법(1) Experiment method

도 18은 본 발명의 구조체를 포함하는 센서가 에탄올을 감지하여 색변환이 일어남을 확인하는 실험 방법, 도 19는 색 변환 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.FIG. 18 is an experimental method in which a sensor including the structure of the present invention detects ethanol and confirms that color conversion occurs, and FIG. 19 schematically shows a color conversion process.

실험결과를 RGB 데이터로 나타내기 위하여, 빛이 차단된 환경에서 아크릴 박스 (20cmX20cmX25cm)(DXWXH) 내에서, 처음 그래프의 안정화를 위해 1000초 정도 아무런 용액 없이 구조체를 포함한 센서의 색변환을 측정하였고, 이후, 99% 에탄올을 2.534 ml (200 ppm)을 30cm 팁이 포함된 주사기를 통해 용액 주입구를 통해 내부에 비치된 디쉬에 떨어뜨린 후, 용액이 증발함에 따른 본 발명 구조체를 포함한 센서의 색변환 및 엠보 패턴의 변화를 측정하였다.In order to display the experimental results as RGB data, in the acrylic box (20cmX20cmX25cm) (DXWXH) in a light-blocked environment, the color conversion of the sensor including the structure was measured without any solution for about 1000 seconds for stabilization of the first graph, Then, after dropping 99% ethanol into a dish provided with 2.534 ml (200 ppm) through a syringe containing a 30cm tip through the solution inlet, the color conversion of the sensor including the structure of the present invention as the solution evaporates and The change in the embossed pattern was measured.

(2) 실험결과(2) Experiment result

도 20, 21에서 실제 본 발명 구조체를 포함하는 센서가 에탄올과 반응하여 색변환이 일어난 결과를 보여주는 사진 및 각 영역별 RGB 값의 변화도를 보여주는 mapping 데이터를 확인할 수 있다. 또한, 도 20, 21을 참조하면, 각 영역(Band)에서의 엠보 패턴들이 에탄올과 반응함에 따라, 상기 패턴들의 크기나 높이가 변화하여, 반사하는 빛의 파장이 에탄올과 반응하는 시간대별로 변화함을 확인할 수 있다. 이는, 에탄올과 같은 휘발성 유기화합물과 반응하여 구조체 자체가 반사하는 색의 파장이 변하는 것을 가시광선 영역대에서 육안으로 확인할 수 있어, 이를 감지하는 센서로서 활용가능함을 보여주는 결과이다. In FIGS. 20 and 21, a sensor including a structure of the present invention reacts with ethanol to confirm a photograph showing a result of color conversion and mapping data showing a change in RGB values for each region. In addition, referring to FIGS. 20 and 21, as the emboss patterns in each region react with ethanol, the size or height of the patterns changes, and the wavelength of reflected light changes according to the time of reaction with ethanol. can confirm. This is a result showing that it is possible to visually confirm that the wavelength of the color reflected by the structure itself is changed by reacting with a volatile organic compound such as ethanol, so that it can be used as a sensor to detect this.

알콜류와 같은 물질들은 휘발하게 되면서, 셀룰로오스에 영향을 주고 이 셀룰로오스가 녹게 되면서 형성된 구조가 뭉게지게 되고, 이에 의해 지름이 커지면서 색상이 변하게 된다(회색이 최종 단계). 도 18, 20 내지 22를 참조하면 장시간 동안 해당 셀룰로오스에 영향을 줄수록 색상들이 점점 구조가 컸을때 나타나는 색상으로 변하는 것을 확인할 수 있다.Substances such as alcohols volatilize, affect cellulose and the structure formed as the cellulose melts, causing the diameter to change and change color (grey is the final step). Referring to FIGS. 18, 20 to 22, it can be seen that as the cellulose is affected for a long time, the colors gradually change to a color that appears when the structure is large.

3. 이소프로필알코올3. Isopropyl alcohol

감지대상 물질을 에탄올 대신 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4-2와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다. Experiments were conducted in the same manner as in Example 4-2, except that isopropyl alcohol was used as the substance to be detected instead of ethanol.

도 22, 23을 참조하면, 본 발명 구조체를 포함하는 색변환 센서가 각 영역대(진녹색, 녹색, 노란색, 흰색) 별 이소프로필알코올과의 반응시간에 따른 RGB 값 변화 정도를 확인할 수 있는데, 전 영역에서 이소프로필알코올과 반응하여 RGB 값이 변화하되, 특히, 녹색, 노란색, 흰색 영역의 경우 매우 큰폭으로 변화함을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명의 구조체의 각 영역대가 포함하는 엠보 패턴이 이소프로필알코올과 반응하여, 그 크기 또는 높이의 변화 정도에 따라 구조체가 반사하는 빛의 파장이 달라짐을 보여주는 것으로, 외부 환경에서의 이소프로필알코올을 감지하는 용도로의 센서로 활용가능함을 암시케 하는 것이다.22 and 23, the color conversion sensor including the structure of the present invention can confirm the degree of change in the RGB value according to the reaction time with isopropyl alcohol for each zone (dark green, green, yellow, white). It can be seen that the RGB value changes in response to isopropyl alcohol in the region, but particularly in the case of green, yellow, and white regions. This shows that the embo pattern included in each region of the structure of the present invention reacts with isopropyl alcohol, and the wavelength of light reflected by the structure varies depending on the size or the degree of height change. This suggests that it can be used as a sensor for detecting alcohol.

4. 휘발성 유기 화합물 분석4. Analysis of volatile organic compounds

에탄올, 프로판올, 옥탄올, 클로로벤젠, 헥산, 이소프로필알콜, 이소옥틸알콜을 대상으로 앞서와 동일한 방법으로 실험을 수행하였고, 그 결과는 도 24 내지 27에 나타내었다.Experiments were conducted in the same manner as above for ethanol, propanol, octanol, chlorobenzene, hexane, isopropyl alcohol, and isooctyl alcohol, and the results are shown in FIGS. 24 to 27.

도 24는 각 휘발성 화합물에 따른 색상 변화를 나타낸 그래프로서, X, Y축 0-0에 가까울수록 미미한 변화가 일어나는 Benzene류들이 있고 0-0에 멀어질수록 변화가 큰 alcohol 계통이 있음을 확인할 수 있다.FIG. 24 is a graph showing the color change according to each volatile compound. It can be confirmed that there are Benzene types that have a slight change as the X and Y axes are closer to 0-0, and an alcohol system having a larger change as they get closer to 0-0. have.

도 25, 26은 에탄올 사용시의 시간에 따른 색상 변화를 나타낸 것으로, 시간 경과에 따라 색상이 전반적으로 밝아지는 것을 확인할 수 있다.25 and 26 show the color change with time when using ethanol, and it can be seen that the color is generally bright with time.

도 27은 다양한 유기 화합물 사용시의 색상 변화를 나타낸 것이다.27 shows the color change when using various organic compounds.

5. 키틴 구조체 제조5. Chitin Structure Preparation

셀룰로오스 파우더 대신에 키틴 파우더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구조체를 제조하였다.A structure was prepared in the same manner as in Example 1, except that chitin powder was used instead of cellulose powder.

6. 희생막6. Sacrificial membrane

키틴 박막 위에, 독성 화학 물질에 약한 물질을 올린 뒤에 샘플을 물 위에 띄우게 되면, 키틴 박막만 녹아내려 다른 기판으로 독성에 약한 물질을 옮길 수 있다.If a sample is placed on water after a weak chemical substance is added to the chitin thin film, only the chitin thin film can be melted to transfer the weak substance to another substrate.

구체적으로, SiO2 기판 상에 키틴 박막을 두께 130nm로 형성하고, 그 위에 두께 140nm의 MoO₃ 층을 증착하여 형성하였다. 그리고 MoO₃ 층 상에 두께 140nm의 FF(Diphenylalanine) 층을 형성하고, 패터닝하여 도 32와 같은 구조체를 형성하였다. 이후, 상기 구조체를 물에 침지하였다. MoO₃ 층은 FF의 그레인을 잡아주는 역할을 하여, 희생막이 물에 녹을 때 FF의 그레인대로 쪼개지는 것을 방지한다.Specifically, a chitin thin film was formed to a thickness of 130 nm on a SiO2 substrate, and a MoO ₃ layer having a thickness of 140 nm was deposited thereon. Then, a FF (Diphenylalanine) layer having a thickness of 140 nm was formed on the MoO ₃ layer, and patterned to form a structure as shown in FIG. 32. Thereafter, the structure was immersed in water. The MoO ₃ layer serves to hold the grain of the FF, preventing the FF from splitting into the grains of the FF when dissolved in water.

도 33 내지 35를 참고하면 상기 구조체를 물에 침지하였을 때 희생막이 녹아서 제거되고, FF층이 손상없이 얻어짐을 확인할 수 있다.33 to 35, it can be seen that the sacrificial film is melted and removed when the structure is immersed in water, and the FF layer is obtained without damage.

Claims

A structure comprising a substrate and a monosaccharide emboss pattern spaced apart at predetermined intervals on at least one surface of the substrate.

The structure according to claim 1, wherein the monosaccharide is at least one selected from the group consisting of D-glucose, D-glucosamine, ß-D-mannuronate, and α-L-guluronate.

The structure according to claim 1, wherein the embossed pattern has an average of 300 to 2500 nm of the major axis of the substrate contact surface.

The structure according to claim 1, wherein the embossed pattern has an average height of 20 to 250 nm from the substrate.

The structure according to claim 1, wherein the substrate comprises at least one selected from the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin film and aluminum thin film.

The structure according to claim 1, wherein the structure includes a plurality of regions having different average sizes or average intervals of patterns.

The structure of claim 1, further comprising monosaccharide nanoparticles positioned on at least a portion between the emboss patterns on the substrate.

The structure according to claim 1, further comprising an APTES layer covering the pattern on the substrate.

A color conversion sensor for sensing the external environment including the structure of any one of claims 1 to 8.

The sensor according to claim 9, wherein the external environment is at least one selected from the group consisting of heat, humidity and volatile compounds.

The sensor according to claim 10, wherein the volatile compound is at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropyl alcohol, toluene, propanol, pentanol and aldehyde.

A method of manufacturing a structure comprising depositing a monosaccharide on at least one surface of a substrate to form an embossed pattern.

The method of claim 12, further comprising applying APTES on the substrate on which the embossed pattern is formed.

The method according to claim 12, wherein the monosaccharide is at least one selected from the group consisting of D-glucose, D-glucosamine, ß-D-mannuronate and α-L-guluronate.

The method of claim 12, wherein the substrate comprises at least one selected from the group consisting of Si, SiO ₂ , gold thin films, and aluminum thin films.

The method according to claim 12, wherein the deposition is a method of manufacturing a polysaccharide powder by heating in a vacuum such that chain-breaking monosaccharides are attached to at least one surface of the substrate.

The method according to claim 16, wherein the polysaccharide is at least one selected from the group consisting of cellulose, chitosan and alginate.

The method according to claim 12, wherein a plurality of regions are set on the substrate, and an average size or average spacing of emboss patterns for each region is formed differently.

The method according to claim 18, wherein the average size or average interval is differently formed by at least one variable selected from the group consisting of deposition time, total amount of polysaccharides, type of polysaccharides, and deposition rate.

Depositing a monosaccharide on at least one surface of the substrate to form a monosaccharide layer;
Forming a thin film layer on the monosaccharide layer; And
Method of manufacturing a thin film comprising; dissolving the monosaccharide layer in a solvent to separate the thin film layer.

The method according to claim 20, wherein the monosaccharide is at least one selected from the group consisting of D-glucose, N-acetylglucosamine, D-glucosamine, ß-D-mannuronate and α-L-guluronate.

The method according to claim 20, wherein the monosaccharide layer has an emboss pattern on at least a part.

The method according to claim 20, wherein the solvent is a water-miscible solvent.