KR20210046995A - Lubricated thin film, and manufacturing method of thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 윤활 박막, 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 한 번의 공정으로 구현된 안정적인 윤활액 박막, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lubricating thin film, and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a stable lubricating liquid thin film implemented in a single process, and a method of manufacturing the same.
윤활액담지표면(Lubricant Impregnated Surface)은 표면 상에 얇은 윤활액 층을 갖는 표면으로, 윤활액 층의 높은 유동성을 바탕으로 자가세정(Self-cleaning), 안티-바이오파울링(Anti-Biofouling), 안티-아이싱(Anti-Icing), 부식방지 표면 등 다양한 분야에서 활용이 되고 있다. 윤활액담지표면은 일반적으로 낮은 표면에너지를 갖는 다기공 구조를 기판으로 사용한다. 다기공 기판의 기공과 낮은 표면에너지의 표면은 윤활액 코팅 시 모세관 힘(Capillary Force)과 낮은 계면에너지를 유도하고, 이를 이용함으로써 기판 표면에서 윤활액을 흘러내리지 않는 안정적인 막 또는 층으로 구현할 수 있다.Lubricant Impregnated Surface is a surface with a thin layer of lubricant on the surface, and is self-cleaning, anti-biofouling, and anti-icing based on the high fluidity of the lubricant layer. It is used in various fields such as (Anti-Icing) and anti-corrosion surfaces. The lubricant-supporting surface generally uses a porous structure having a low surface energy as a substrate. The pores of the porous substrate and the surface of low surface energy induce capillary force and low interfacial energy when the lubricant is coated, and by using this, it can be implemented as a stable film or layer that does not flow off the lubricant from the substrate surface.
이와 같이, 윤활액담지표면을 구현하기 위해서는 사용되는 기판은 낮은 표면에너지를 가져야하며, 다기공 구조를 필수적으로 갖추어야했다. 따라서 다기공 구조를 구현하는 방법과 낮은 표면에너지를 갖는 표면 개질 방법들이 개발되어 왔으나 여전히 이러한 필수 조건들은 다양한 기판에 윤활액담지표면을 구현하고, 이를 응용함에 있어서 한계로 작용하고 있으며. 따라서 추가적인 다기공 구조와 낮은 표면에너지로의 개질 없이도 안정적인 윤활액 박막을 구현하는 기술의 개발이 필요한 실정이다.In this way, in order to realize the lubrication liquid-bearing surface, the substrate used must have a low surface energy and must have a porous structure. Therefore, a method for implementing a porous structure and a method for modifying a surface having a low surface energy have been developed, but these essential conditions still act as limitations in implementing a lubricant-supporting surface on various substrates and applying it. Therefore, it is necessary to develop a technology to realize a stable thin film of lubricating fluid without modification to an additional porous structure and low surface energy.
본 발명의 일 목적은 다기공 구조와 낮은 표면에너지 없이도 기판의 표면 위에 안정적으로 윤활액 층을 형성할 수 있는 윤활 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for producing a lubricating thin film capable of stably forming a lubricating liquid layer on the surface of a substrate without a porous structure and low surface energy.
본 발명의 다른 목적은 상기 윤활 박막의 제조방법을 통해 제조된 윤활 박막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lubricating thin film manufactured through the method of manufacturing the lubricating thin film.
본 발명의 일 목적을 위한 윤활 박막의 제조방법은 표면에 하이드록시기(-OH)를 포함하는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판을 실리콘 고분자에 담지시키거나 또는 상기 기판 표면에 실리콘 고분자를 코팅한 후 반응시켜 상기 기판 표면 상에 실리콘 고분자로 이루어진 브러쉬 형태의 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 고분자 중 남아 있는 실리콘 고분자 물질이 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮는 윤활액 층을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a lubricating thin film for one object of the present invention comprises: preparing a substrate including a hydroxy group (-OH) on the surface; Supporting the substrate on a silicon polymer or coating a silicon polymer on the substrate surface and reacting to form a brush-shaped structure made of a silicon polymer on the substrate surface; And forming a lubricating fluid layer that covers the brush-shaped structure with the remaining silicone polymer material among the silicone polymers.
일 실시예에서, 상기 윤활액 층을 형성하는 단계에서 가열을 수행함으로써 반응 속도가 증가될 수 있다.In one embodiment, the reaction rate may be increased by performing heating in the step of forming the lubricating liquid layer.
일 실시예에서, 상기 가열은 300℃ 이하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the heating may be performed at 300° C. or less.
일 실시예에서, 상기 실리콘 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 실록세인(siloxane) 결합을 주축(backbone)으로 갖는 고분자일 수 있다.In one embodiment, the silicone polymer may be a polymer having a siloxane bond as a backbone having a structure represented by Formula 1 below.
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 알킬기 또는 수소(H)이고, n은 5 내지 500 의 정수이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are an alkyl group or hydrogen (H), and n is an integer of 5 to 500.
일 실시예에서, 상기 실리콘 고분자는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 일 수 있다.In one embodiment, the silicone polymer may be polydimethylsiloxane (PDMS).
일 실시예에서, 상기 실리콘 고분자 중 남아 있는 실리콘 고분자 물질이 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮는 윤활액 층을 형성하는 단계는, 상기 윤활액 층 및 상기 브러쉬 형태의 구조물이 동일한 화학 구조를 갖는 실리콘 고분자를 이용함에 의해 형성될 수 있다.In one embodiment, the step of forming a lubricating fluid layer in which the silicone polymer material remaining among the silicone polymers covers the brush-type structure, wherein the lubricating fluid layer and the brush-type structure use a silicone polymer having the same chemical structure. Can be formed by
본 발명의 다른 목적을 위한 윤활 박막은 상기 윤활 박막의 제조방법에 따라 제조된 것이다.A lubricating thin film for another object of the present invention is manufactured according to the method of manufacturing the lubricating thin film.
일 실시예에서, 상기 윤활 박막은 액체에 대해서 비습윤일 수 있다.In one embodiment, the lubricating membrane may be non-wetting to liquid.
일 실시예에서, 상기 윤활 박막은 자가 세정이 가능할 수 있다.In one embodiment, the lubricating thin film may be self-cleaning.
일 실시예에서, 상기 윤활 박막은 자가 치유가 가능할 수 있다.In one embodiment, the lubricating thin film may be self-healing.
일 실시예에서, 상기 자가 치유는 상기 윤활 박막이 손상되는 경우, 손상된 상기 윤활 박막 부분에 상기 윤활액 층의 실리콘 고분자로부터 브러쉬 형태의 구조물이 재합성되는 것일 수 있다.In one embodiment, the self-healing may be that when the lubricating thin film is damaged, a brush-shaped structure is recombined from the silicone polymer of the lubricating fluid layer on the damaged lubricating thin film portion.
일 실시예에서, 상기 윤활 박막은 부식 방지가 가능할 수 있다.In one embodiment, the lubricating thin film may be able to prevent corrosion.
일 실시예에서, 상기 브러쉬 형태의 구조물의 두께는 5 내지 30 nm일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the brush-shaped structure may be 5 to 30 nm.
본 발명의 윤활 박막, 및 이의 제조방법에 따르면, 기판의 표면 개질 공정이 필요 없어 다양한 종류의 기판에 원팟 공정으로 한 번에 간단하게 윤활 박막을 제조할 수 있으며, 다기공 구조나 낮은 표면에너지를 갖고 있지 않은 기판에서도 윤활액 층을 안정적으로 유지할 수 있다.According to the lubricating thin film and its manufacturing method of the present invention, since the surface modification process of the substrate is not required, a lubricating thin film can be easily manufactured on various types of substrates at one time by a one-pot process, and a porous structure or low surface energy can be achieved. It is possible to stably maintain the lubricating liquid layer even on a substrate that does not have it.
도 1은 본 발명의 실시예의 따른 윤활 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 윤활 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다양한 기판을 사용하여 제조된 윤활 박막의 흐름각(Sliding Angle)을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 액체에 대한 비습윤 특성을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 자가 세정을 효과를 분석하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 자가 치유 효과를 분석하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 부식 방지 효과를 분석하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method of manufacturing a lubricating thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a lubricating thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the results of analyzing the sliding angle of a lubricating thin film manufactured using various substrates.
4 is a view showing a result of analyzing the non-wetting properties of a liquid of a lubricating thin film prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for analyzing the effect of self-cleaning of a lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for analyzing the self-healing effect of a lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for analyzing the corrosion prevention effect of the lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
도 1은 본 발명의 실시예의 따른 윤활 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method of manufacturing a lubricating thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 윤활 박막 제조방법은 표면에 하이드록시기(-OH)를 포함하는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판을 실리콘 고분자에 담지시키거나 또는 상기 기판 표면에 실리콘 고분자를 코팅한 후 반응시켜 상기 기판 표면 상에 실리콘 고분자로 이루어진 브러쉬 형태의 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 고분자 중 남아 있는 실리콘 고분자 물질이 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮는 윤활액 층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the method for producing a lubricating thin film of the present invention comprises the steps of preparing a substrate including a hydroxy group (-OH) on the surface; Forming a brush-shaped structure made of a silicon polymer on the surface of the substrate by supporting the substrate on a silicon polymer or coating the silicon polymer on the surface of the substrate and reacting; And forming a lubricating fluid layer covering the brush-shaped structure with the remaining silicone polymer material among the silicone polymers.
상기 기판은 표면에 하이드록시기(-OH)를 포함하고 있다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 기판은 고분자, 유리, 금속, 세라믹 등의 재료로 형성될 수 있다. The substrate is not particularly limited as long as it contains a hydroxy group (-OH) on its surface. For example, the substrate may be formed of a material such as a polymer, glass, metal, or ceramic.
상기 실리콘 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 실록세인(siloxane) 결합을 주축(backbone)으로 갖는 고분자일 수 있다. The silicone polymer may be a polymer having a siloxane bond as a backbone having the structure of Formula 1 below.
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 알킬기 또는 수소(H)이고, n은 5 내지 500 의 정수이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are an alkyl group or hydrogen (H), and n is an integer of 5 to 500.
일 실시예로, 상기 실리콘 고분자는 실리콘 오일(silicone oil)일 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 고분자는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 일 수 있다.In one embodiment, the silicone polymer may be silicone oil. For example, the silicone polymer may be polydimethylsiloxane (PDMS).
상기 브러쉬 형태의 구조물을 형성하는 단계에 있어서, 브러쉬 형태의 구조물은 상기 기판의 하이드록시기(-OH)와 상기 실리콘 고분자가 반응하여 상기 실리콘 고분자의 백본(backbone)이 끊어지고 상기 하이드록시기와 결합함으로써 제조될 수 있다.In the step of forming the brush-shaped structure, in the brush-shaped structure, a hydroxy group (-OH) of the substrate and the silicon polymer react to break the backbone of the silicon polymer and bond with the hydroxy group. It can be manufactured by doing.
상기 브러쉬 형태의 구조물은 낮은 표면에너지를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 브러쉬 형태의 구조물은 약 21 mN/m의 표면 에너지를 가질 수 있다. 상기 기판이 높은 표면에너지를 갖는다 하더라도 상기 기판에 브러쉬 형태의 구조물이 형성되는 경우, 상기 기판은 상기 브러쉬 형태의 구조물의 표면에너지와 같은 낮은 표면에너지로 개질될 수 있다.The brush-shaped structure may have low surface energy. For example, the brush-shaped structure may have a surface energy of about 21 mN/m. Even if the substrate has a high surface energy, when a brush-shaped structure is formed on the substrate, the substrate may be modified with a low surface energy such as the surface energy of the brush-shaped structure.
상기 브러쉬 형태의 구조물은 상기 실리콘 고분자와 동일한 화학구조를 가질 수 있다.The brush-shaped structure may have the same chemical structure as the silicone polymer.
상기 윤활액 층을 형성하는 단계는, 상기 윤활액 층 및 상기 브러쉬 형태의 구조물이 동일한 화학 구조를 갖는 실리콘 고분자를 이용함에 의해 형성되는 것일 수 있다. 다시 말해, 윤활액 층의 형성은 동일한 화학 구조를 갖는 브러쉬 형태의 구조물과 남아 있는 실리콘 고분자 물질로 인해, 상기 기판과 남아 있는 실리콘 고분자 물질 사이의 계면에너지가 최소화(약 ~0 mN/n) 됨으로써 유도될 수 있다.In the forming of the lubricating liquid layer, the lubricating liquid layer and the brush-type structure may be formed by using a silicone polymer having the same chemical structure. In other words, the formation of the lubricant layer is induced by minimizing the interfacial energy between the substrate and the remaining silicon polymer material (about ~0 mN/n) due to the brush-shaped structure having the same chemical structure and the remaining silicon polymer material. Can be.
상기 윤활액 층을 형성하는 단계에 있어서, 가열을 수행함으로써 반응 속도가 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가열은 약 300 ℃ 이하에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 가열은 상온에서 약 12시간 이상 수행되거나, 약 100 ℃에서 6 시간 이상 수행되거나, 약 200 ℃에서 30 분 이상 수행될 수 있다.In the step of forming the lubricating liquid layer, the reaction rate may be increased by performing heating. In one embodiment, the heating may be performed at about 300 °C or less. For example, the heating may be performed at room temperature for about 12 hours or more, about 100° C. for 6 hours or more, or about 200° C. for 30 minutes or more.
본 발명의 윤활 박막의 제조방법에 따르면, 기판의 다기공 구조의 형성이나 낮은 표면에너지 유도를 위한 표면 개질 공정 없이 원팟(one-pot) 공정으로 제조할 수 있으며, 다양한 물질의 기판을 사용한다하더라도 상기 기판 상에 윤활액 층을 안정적으로 형성할 수 있다. 또한, 낮은 계면에너지로 인해 형성된 윤활 박막은 윤활액 층이 중력에 의해 흘러내리거나, 다른 물질로 대체되는 것보다 안정할 수 있다.According to the method of manufacturing a lubricating thin film of the present invention, it can be manufactured by a one-pot process without forming a porous structure of a substrate or a surface modification process for inducing low surface energy, even if a substrate of various materials is used. A layer of lubricating fluid can be stably formed on the substrate. In addition, the lubricating thin film formed due to the low interfacial energy may be more stable than the lubricating liquid layer flowing down by gravity or being replaced by another material.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 윤활 박막을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a lubricating thin film according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 윤활 박막 제조방법에 따라 제조된 윤활 박막은 기판, 상기 기판 상에 형성된 브러쉬 형태의 구조물, 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮고 있는 윤활액 층을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the lubricating thin film manufactured according to the method of manufacturing a lubricating thin film of the present invention may include a substrate, a brush-shaped structure formed on the substrate, and a lubricating liquid layer covering the brush-shaped structure.
상기 기판 상에 형성된 실리콘 고분자 브러쉬의 두께는 약 5 내지 30 nm 의 두께를 가질 수 있다.The silicon polymer brush formed on the substrate may have a thickness of about 5 to 30 nm.
상기 윤활액 층은 약 0.5 ~ 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The lubricating fluid layer may have a thickness of about 0.5 to 10 μm.
본 발명의 윤활 박막에 따르면, 상기 윤활 박막은 액체에 대해서 비습윤(non-wetting) 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 윤활 박막을 액체와 접촉시키는 경우, 상기 액체가 상기 윤활 박막에 흡수되지 않거나 상기 윤활 박막이 액체에 적셔지지 않는 등 상기 윤활 박막은 액체와 반응하지 않을 수 있다. 이 때, 상기 액체는 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면, 물, 꿀, 우유 등과 같은 액체일 수 있다.According to the lubricating thin film of the present invention, the lubricating thin film may have a non-wetting property with respect to a liquid. For example, when the lubricating thin film is brought into contact with a liquid, the lubricating thin film may not react with the liquid, such as the liquid is not absorbed by the lubricating thin film or the lubricating thin film is not wetted with the liquid. In this case, the liquid is not particularly limited, and may be, for example, a liquid such as water, honey, milk, or the like.
상기 윤활 박막은 비습윤 특성으로 인하여 자가 세정(self-cleaning)이 가능할 수 있다.The lubricating thin film may be self-cleaning due to its non-wetting property.
상기 윤활 박막은 자가 치유가 가능할 수 있다. 상기 윤활 박막이 손상되어 상기 기판 상에 형성된 브러쉬 형태의 구조물이 손실되더라도, 상기 윤활액 층으로부터 다시 브러쉬가 자연적으로 합성될 수 있다. 다시 말해, 상기 윤활 박막이 손상되는 경우, 손상된 상기 윤활 박막 부분에 상기 윤활액 층의 실리콘 고분자로부터 브러쉬 형태의 구조물이 재합성될 수 있다.The lubricating thin film may be self-healing. Even if the lubricating thin film is damaged and the brush-shaped structure formed on the substrate is lost, a brush may be naturally synthesized again from the lubricating liquid layer. In other words, when the lubricating film is damaged, a brush-shaped structure may be recombined from the silicone polymer of the lubricating liquid layer on the damaged lubricating film part.
상기 윤활 박막은 부식 방지가 가능할 수 있다.The lubricating thin film may be able to prevent corrosion.
이하에서, 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명의 윤활 박막, 및 이의 제조방법에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a lubricating thin film of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in more detail through specific examples. However, the embodiments of the present invention are only some embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 3은 다양한 기판을 사용하여 제조된 윤활 박막의 흐름각(Sliding Angle)을 분석한 결과를 나타내는 도면으로, 유리(Glass), 구리(Cu), 스테인리스스틸(Stainless Steel), 알루미늄(Al) 및 세라믹(Ceramic)을 기판으로 사용한 윤활 박막에 측정된 물방울의 흐름각(Sliding Angle)을 나타낸다.3 is a view showing the results of analyzing the sliding angle of a lubricating thin film manufactured using various substrates, glass (Glass), copper (Cu), stainless steel (Stainless Steel), aluminum (Al) and It represents the sliding angle of water droplets measured on a lubricating thin film using ceramic as a substrate.
도 3을 참조하면, 스테인리스스틸(Stainless Steel)을 기판으로 사용한 윤활 박막의 흐름각이 가장 높게 측정된 반면, 알루미늄(Al)을 기판으로 사용한 윤활 박막의 흐름각이 가장 낮게 측정된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the flow angle of the lubricating thin film using stainless steel as the substrate was measured the highest, while the flow angle of the lubricating thin film using aluminum (Al) as the substrate was measured the lowest. .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 액체에 대한 비습윤 특성을 분석한 결과를 나타내는 도면이다. (a)는 의료용 튜브 안쪽 표면을 기판으로 사용하여 제조된 윤활 박막을 우유에 대한 비습윤 특성을 나타내는 도면으로, 의료용 튜브를 우유에 담근 후의 이미지를 나타낸다. (b)는 유리병 안쪽 표면을 기판으로 사용하여 제조된 윤활 박막의 꿀에 때한 비습윤 특성을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a result of analyzing the non-wetting properties of a liquid of a lubricating thin film prepared according to an embodiment of the present invention. (a) is a diagram showing the non-wetting properties of a lubricating film manufactured using the inner surface of a medical tube as a substrate for milk, and shows an image after the medical tube is immersed in milk. (b) is a diagram showing the non-wetting properties of a lubricating thin film prepared using the inner surface of a glass bottle as a substrate for honey.
도 4를 참조하면, (a)에서는 의료용 튜브의 중간부터 아래쪽 부분에 형성된 윤활 박막으로 인하여 우유 방울이 남아 있지 않은 것을 확인할 수 있고, 반면, 윤활 박막이 형성되지 않은 의료용 튜브의 맨 위쪽부터 중간 부분까지의 표면에는 우유 방울이 남아 있는 것을 확인할 수 있다. (b)에서는 윤활 박막을 형성하지 않은 유리병(Glass)은 꿀을 넣고 뒤집었을 때, 유리병 안에서 꿀이 흐르고 있는 모습을 확인할 수 있다. 반면, 윤활 박막이 형성된 유리병(LuS-Glass)은 꿀을 넣고 뒤집었을 때, 꿀이 흐르고 있지 않은 모습을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, in (a), it can be seen that no milk droplets remain due to the lubricating thin film formed in the middle to the lower part of the medical tube, whereas, from the top to the middle part of the medical tube in which the lubricating thin film is not formed. It can be seen that droplets of milk remain on the surface of. In (b), when the glass bottle without forming a lubricating film is turned over with honey, it can be seen that the honey flows inside the glass bottle. On the other hand, when the glass bottle (LuS-Glass) in which the lubricating film is formed is turned over with honey, it can be confirmed that the honey does not flow.
이를 통해서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 윤활 박막은 액체에 대해서 비습윤 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the lubricating thin film manufactured according to the manufacturing method of the present invention has non-wetting properties with respect to liquid.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 자가 세정을 효과를 분석하기 위한 도면이다.5 is a view for analyzing the effect of self-cleaning of a lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 윤활 박막 위에 분필가루(chalk powder)를 물을 이용하여 윤활 박막으로부터 제거할 수 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 윤활 박막은 자가 세정 효과를 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that chalk powder can be removed from the lubricating film using water on the lubricating film. Through this, it can be seen that the lubricating thin film manufactured according to the manufacturing method of the present invention has a self-cleaning effect.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 자가 치유 효과를 분석하기 위한 도면이다. (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막에 스크레치(Scratch)를 낸 후, 즉시 액체 방울을 이용하여 비습윤 특성을 확인한 결과를 나타내는 도면이다. (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막에 스크레치를 내고 약 24 시간 후, 액체 방울을 이용하여 비습윤 특성을 확인한 결과를 나타내는 도면이다.6 is a view for analyzing the self-healing effect of a lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention. (a) is a view showing the result of confirming the non-wetting properties using liquid droplets immediately after scratching the lubricating thin film prepared according to an embodiment of the present invention. (b) is a diagram showing the result of confirming the non-wetting properties using liquid droplets after about 24 hours after scratching the lubricating thin film prepared according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, (a)에서는 윤활 박막의 스크레치 낸 부분에서 액체 방울이 움직이지 못하는 것을 확인할 수 있다. 반면, (b)에서는 액체 방울이 윤활 박막에서 스크레치를 낸 부분에서도 잘 미끄러지는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 윤활 박막은 물리적 손상 직후에는 비습윤 특성을 잃지만, 약 24시간 후 윤활 박막은 비습윤 특성을 완전히 회복함을 알 수 있고, 이로 인하여 손상된 윤활 박막의 기판에 고분자 브러쉬가 새로 형성된 것임을 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6, in (a), it can be seen that the liquid droplet does not move in the scratched portion of the lubricating thin film. On the other hand, in (b), it can be seen that the liquid droplet slides well even in the scratched portion of the lubricating film. Through this, it can be seen that the lubricating thin film produced according to the manufacturing method of the present invention loses the non-wetting properties immediately after physical damage, but after about 24 hours the lubricating thin film completely recovers its non-wetting properties, and thereby the damaged lubricating thin film substrate It can be expected that the polymer brush is newly formed.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 윤활 박막의 부식 방지 효과를 분석하기 위한 도면이다. (a)는 알루미늄 기판(Al)과 알루미늄을 기판으로 사용하여 제조된 윤활 박막(LuS-Al)을 바닷물에 약 25일 담지 시키기 전/후의 이미지를 나타내는 도면이다. (b)는 구리 기판(Cu)과 구리를 기판으로 사용하여 제조된 윤활 박막(LuS-Cu)을 바닷물에 약 25일 담지 시키기 전/후의 이미지를 나타내는 도면이다.7 is a view for analyzing the corrosion prevention effect of the lubricating thin film manufactured according to an embodiment of the present invention. (a) is a diagram showing an image before/after immersing an aluminum substrate (Al) and a lubricating thin film (LuS-Al) manufactured using aluminum as a substrate in seawater for about 25 days. (b) is a diagram showing images before/after immersing a copper substrate (Cu) and a lubricating thin film (LuS-Cu) manufactured using copper as a substrate in seawater for about 25 days.
도 7을 참조하면, (a)에서 알루미늄 기판(Al)과 비교하여, 윤활 박막(LuS-Al)은 박막 색의 변화만 있을 뿐 알루미늄 기판과 같이 표면이 벗겨지는 등의 현상은 나타나지 않았음을 확인할 수 있다. (b)에서 구리 기판(Cu)과 비교하여, 윤활 박막(LuS-Cu)은 가장자리의 색의 변화만 있을 뿐 표면이 하늘색으로 변하거나 하는 등의 현상은 나타나지 않았음을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 윤활 박막은 부식 방지 효과를 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, compared with the aluminum substrate (Al) in (a), the lubricating thin film (LuS-Al) has only a change in the color of the thin film, but does not show a phenomenon such as peeling off the surface like the aluminum substrate. I can confirm. In (b), compared with the copper substrate (Cu), it can be seen that the lubricating thin film (LuS-Cu) has only a change in the color of the edge, but no phenomena such as the surface change to light blue. Through this, it can be seen that the lubricating thin film manufactured according to the manufacturing method of the present invention has a corrosion preventing effect.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
Claims (13)
상기 기판을 실리콘 고분자에 담지시키거나 또는 상기 기판 표면에 실리콘 고분자를 코팅한 후 반응시켜 상기 기판 표면 상에 실리콘 고분자로 이루어진 브러쉬 형태의 구조물을 형성하는 단계; 및
상기 실리콘 고분자 중 남아 있는 실리콘 고분자 물질이 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮는 윤활액 층을 형성하는 단계;를 포함하는,
윤활 박막의 제조방법.
Preparing a substrate including a hydroxy group (-OH) on the surface;
Forming a brush-shaped structure made of a silicon polymer on the surface of the substrate by supporting the substrate on a silicon polymer or coating the silicon polymer on the surface of the substrate and reacting; And
Including, forming a lubricating fluid layer covering the brush-shaped structure with the remaining silicone polymer material among the silicone polymers
Method for producing a lubricating thin film.
상기 윤활액 층을 형성하는 단계에서 가열을 수행함으로써 반응 속도가 증가되는 것을 특징으로 하는,
윤활 박막의 제조방법.
The method of claim 1,
Characterized in that the reaction rate is increased by performing heating in the step of forming the lubricating liquid layer,
Method for producing a lubricating thin film.
상기 가열은 300℃ 이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
윤활 박막의 제조방법.
The method of claim 2,
The heating is characterized in that carried out at 300 ℃ or less,
Method for producing a lubricating thin film.
상기 실리콘 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 실록세인(siloxane) 결합을 주축(backbone)으로 갖는 고분자인 것을 특징으로 하는,
윤활 박막의 제조방법:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 알킬기 또는 수소(H)이고, n은 5 내지 500 의 정수이다.
The method of claim 1,
The silicone polymer is characterized in that it is a polymer having as a backbone a siloxane bond having the structure of the following formula (1),
Manufacturing method of lubricating thin film:
<Formula 1>
In Formula 1, R 1 and R 2 are an alkyl group or hydrogen (H), and n is an integer of 5 to 500.
상기 실리콘 고분자는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)인 것인,
윤활 박막의 제조방법.
The method of claim 4,
The silicone polymer is polydimethylsiloxane (PDMS),
Method for producing a lubricating thin film.
상기 실리콘 고분자 중 남아 있는 실리콘 고분자 물질이 상기 브러쉬 형태의 구조물을 덮는 윤활액 층을 형성하는 단계는, 상기 윤활액 층 및 상기 브러쉬 형태의 구조물이 동일한 화학 구조를 갖는 실리콘 고분자를 이용함에 의해 형성되는,
윤활 박막의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of forming a lubricating liquid layer in which the remaining silicone polymer material of the silicone polymer covers the brush-type structure, wherein the lubricating liquid layer and the brush-type structure are formed by using a silicone polymer having the same chemical structure,
Method for producing a lubricating thin film.
윤활 박막.
Prepared according to the manufacturing method of any one of claims 1 to 6,
Lubrication thin film.
상기 윤활 박막은 액체에 대해서 비습윤인 것을 특징으로 하는,
윤활 박막.
The method of claim 7,
Characterized in that the lubricating thin film is non-wetting to liquid,
Lubrication thin film.
상기 윤활 박막은 자가 세정이 가능한 것을 특징으로 하는,
윤활 박막.
The method of claim 8,
The lubricating thin film is characterized in that self-cleaning is possible,
Lubrication thin film.
상기 윤활 박막은 자가 치유가 가능한 것을 특징으로 하는,
윤활 박막.
The method of claim 7,
The lubricating thin film is characterized in that self-healing is possible,
Lubrication thin film.
상기 자가 치유는,
상기 윤활 박막이 손상되는 경우, 손상된 상기 윤활 박막 부분에 상기 윤활액 층의 실리콘 고분자로부터 브러쉬 형태의 구조물이 재합성되는 것을 특징으로 하는,
윤활 박막.
The method of claim 10,
The self-healing,
When the lubricating film is damaged, a brush-shaped structure is recombined from the silicone polymer of the lubricating liquid layer on the damaged lubricating film part,
Lubrication thin film.
상기 윤활 박막은 부식 방지가 가능한 것을 특징으로 하는,
윤활 박막.
The method of claim 7,
The lubricating thin film is characterized in that it is possible to prevent corrosion,
Lubrication thin film.
상기 브러쉬 형태의 구조물의 두께는 5 내지 30 nm 인,
윤활 박막.The method of claim 7,
The thickness of the brush-shaped structure is 5 to 30 nm,
Lubrication thin film.
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|---|---|---|---|---|
| CN114769094A (en) * | 2022-05-09 | 2022-07-22 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of polymer-based molecular brush super-lubricating coating |
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| CN114769094B (en) * | 2022-05-09 | 2022-10-11 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of polymer-based molecular brush super-lubricating coating |
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