KR20220115668A - 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면 상에 처마 형상의 헤드부를 포함하는 원통 형상의 마이크로 구조물을 제작함으로써 다양한 종류의 액적에 젖지 않는 옴니포빅 성질을 구현하고, 이러한 마이크로 구조물에 덮개부를 구비하여 내부에 미세입자의 주입이 가능한 챔버를 제작할 수 있는 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 베이스층과, 상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 복수의 마이크로 구조물을 포함하되, 상기 마이크로 구조물은 상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 원통 형상의 기둥부와, 상기 기둥부의 상면에 형성되는 처마 형상의 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제공한다.

Description

마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법{Surface with micro structure and its manufacturing method}
본 발명은 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법에 관한 것으로, 표면 상에 처마 형상의 헤드부를 포함하는 원통 형상의 마이크로 구조물을 제작함으로써 다양한 종류의 액적에 젖지 않는 옴니포빅 성질을 구현하고, 이러한 마이크로 구조물에 덮개부를 구비하여 내부에 미세입자의 주입이 가능한 챔버를 제작할 수 있는 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 발수성과 발유성이란 각각 물과 기름에 젖기 어려운 성질을 뜻하는 것이며, 초발수성과 초발유성이란 해당 분야에서 고체의 표면에 접촉한 물의 접촉각이 150° 이상, 오일에 대한 접촉각이 150° 에 이상에 해당하는 것으로 정의된다.
다시 말해, 초발수 성질 (super-hydrophobicity)과 초발유 성질 (super-oleophobicity)은 물체의 표면이 각각 물과 오일에 극히 젖기 어려운 물리적 특성을 말한다.
최근에 물에 대한 접촉각이 150° 이상인 초발수성 표면은 기본적인 연구 및 실제적인 응용 모두에서의 중요성 때문에 상당한 관심을 끌어왔으며, 이러한 표면을 구현하기 위해 자연에서 볼 수 있는 초발수, 초발유 특성의 표면을 착안하여 연구를 진행해왔다.
예를 들어, 식물의 잎, 곤충의 날개 또는 새의 날개는 외부의 어떠한 오염물질이 특별한 제거 작업 없이 제거되거나 처음부터 오염이 되지 않게 하는 특성을 지니고 있다. 이것은 식물의 잎, 곤충의 날개, 새의 날개 등이 초발수 또는 초발유 성질을 지니고 있기 때문이다.
이러한 젖음성(wettability)은 고체 재료의 주요 표면 특성으로, 화학적 조성 및 기하학적 마이크로/나노 구조 둘 다에 의해 결정되며, 젖음성 표면은 기름-물 분리, 반사 방지, 생체 유착 방지, 점착 방지, 오염방지, 자기 세정 및 유체 난류 억제와 같은 다양한 분야에서 잠재적 응용성으로 인하여 많은 연구가 계속되어 왔다.
그러나 초발수 및 초발유 성질을 모두 가지는 옴니포빅 성질을 가지는 표면은 일반적으로 화학적 표면처리 과정이 이루어져야 구현될 수 있으며, 이러한 화학적 코팅을 통해 구현된 표면의 옴니포빅 성질은 짧은 수명을 가지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0101193호 (발명의 명칭: 초발수/초발유 구조물 및 그의 제조 방법, 공개일:2014.08.19)
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면 상에 처마 형상의 헤드부를 포함하는 원통 형상의 마이크로 구조물을 제작함으로써 다양한 종류의 액적에 젖지 않는 옴니포빅 성질을 구현하고, 이러한 마이크로 구조물에 덮개부를 구비하여 내부에 미세입자의 주입이 가능한 챔버를 제작할 수 있는 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 베이스층과, 상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 복수의 마이크로 구조물을 포함하되, 상기 마이크로 구조물은 상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 원통 형상의 기둥부와, 상기 기둥부의 상면에 형성되는 처마 형상의 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제공한다.
여기서, 상기 헤드부의 상기 처마 형상은 상기 기둥부의 상면의 반경방향으로 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 구조물은 상기 헤드부의 상면을 덮는 덮개부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 구조물은 내부에 마이크로 입자 또는 나노 입자를 수용할 수 있는 챔버가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법에 있어서, 실리콘 웨이퍼에 원통 형상 홀을 에칭하는 원통 형상 홀 에칭 단계와, 상기 원통 형상 홀 에칭 단계 후에 추가로 에칭하여 상기 원통 형상 홀의 하부에 처마 형상 홀을 형성하는 오버 에칭 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 레플리카 공정을 수행하여 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작하는 표면 제작 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표면 제작 단계는 상기 실리콘 웨이퍼에 고분자 물질을 주입하는 고분자 물질 주입 단계와, 상기 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼로부터 경화된 상기 고분자 물질을 이형시켜 상기 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작하는 고분자 물질 이형 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표면 제작 단계에서 제작된 마이크로 구조물을 갖는 표면 상에 폴리머 액적을 롤링시키는 폴리머 액적 롤링 단계와, 상기 폴리머 액적 롤링 단계 이후에 자외선으로 상기 표면 상에 남아 있는 폴리머 액적을 경화시키는 폴리머 액적 경화 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 표면 제작 단계에서 제작된 상기 마이크로 입자에는 내부에 마이크로 입자 또는 나노 입자를 수용할 수 있는 챔버가 형성되며, 상기 표면 제작 단계 이후, 상기 챔버 내부로 마이크로 입자 또는 나노 입자를 주입하는 입자 주입 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 및 이의 제작 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 베이스층으로부터 복수의 마이크로 구조물이 돌출형성되되, 마이크로 구조물이 기둥부와, 기둥부 상면의 반경방향으로 돌출형성되는 처마 형상의 헤드부를 포함함으로써 별도의 화학적인 코팅 없이 초발유/초발수 특성을 동시에 발현하는 옴니포빅 성질을 가질 수 있는 이점이 있다.
둘째, 내부에 챔버가 형성된 마이크로 구조물을 제작함으로써 챔버 내부에 미세입자의 주입이 가능하게 됨에 따라, 랩 온어 칩 장치, 약물 전달 시스템, 피부 부착형 센서와 같이 다양한 응용 분야에 적용 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 실험결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 여러가지 종류의 액적에 대한 접촉각을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 여러가지 종류의 액적에 대한 접촉각을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 폴리머 액적 롤링 단계를 통해 덮개부가 형성되는 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면으로, 도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 베이스층(110) 및 마이크로 구조물(120)을 포함한다.
상기 베이스층(110)은 평판형상으로 형성되며, 상기 베이스층(110)의 표면으로부터 복수개의 마이크로 구조물(120)이 돌출형성되고, 상기 마이크로 구조물(120)은 기둥부(121)와 헤드부(122)를 포함한다.
상기 기둥부(121)는 상기 베이스층(110)으로부터 돌출형성되며, 원통 형상으로 형성되되, 단면이 환 형상으로 형성된다. 이때, 상기 기둥부(121)의 내경은 약 60μm이고, 외경은 약 80μm이며, 높이는 약 25μm인 것이 바람직하다.
상기 헤드부(122)는 상기 기둥부(121) 상면의 반경방향, 즉 상기 기둥부(121) 상면의 외경과 내경으로부터 돌출되어 처마 형상으로 형성되며, 이때, 상기 헤드부(122)의 단면은 환 형상으로 형성된다.
여기서, 상기 헤드부(122)의 내경은 상기 기둥부(121)의 내경보다 좁고, 상기 헤드부(122)의 외경은 상기 기둥부(121)의 외경보다 넓게 형성되며, 일 예로, 상기 헤드부(122)는 상기 기둥부(121)의 내경 및 외경으로부터 약 10μm 만큼 돌출 형성되는 것이 바람직하고, 도 3에 따른 본 발명에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지와 같이 제작된다.
여기서, 상기 베이스층(110)과 상기 마이크로 구조물(120)은 동일한 재질로 구성되며, 예를 들어, 상기 베이스층(110)과 상기 마이크로 구조물(120)을 구성하는 재질은 폴리다이메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane), 폴리우레탄아크릴레이트(PUA, Polyurethane Acrylate), 펄플루오르폴리에테르 (PFPE, Perfluoropolyether), 폴리염화비닐(PVC, Polyvinyl chloride), 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethylenenaphthalate), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리올레핀(PO, polyolefin), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 아세틸셀룰로오스(acetyl cellulose), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), 폴리아미드(PA, Polyamide), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리에테르술폰(PES, Polyehtersulfone), 폴리비닐아세탈(polyvinylacetal), 폴리에테르케톤(PEK, Polyetherketone), 트리아세틸셀룰로오스(TAC, triacetylcellulose), 나이팜(pNIPAAm, poly N-isopropylacrylamide), 노아(NOA, Norland Optical Adhesive) 및 폴리우레탄(PU, polyurethane) 중 어느 하나일 수 있다.
물론, 상기 베이스층(110)과 상기 마이크로 구조물(120)을 구성하는 재질은 상술한 물질 이외에 고분자 물질이며, 유연하고 이형성이 뛰어난 재질이면 대체 가능하다.
결과적으로, 상기 기둥부(121)의 상면에 상기 헤드부(122)가 처마구조를 갖는 환 형상으로 형성됨으로써, 별도의 화학적 코팅과정 없이 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 초발유/초발수 특성을 동시에 발현하는 옴니포빅 성질을 가지며, 이를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 실험결과를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 다양한 표면장력을 가지는 여러가지 종류의 액적에 대한 접촉각을 도시한 도면으로, 도 4 및 도 5에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 탈이온수(DI water, 도 5의 (a)), 글리세린(glycerin, 도 5의 (b)), 에틸렌 글리콜(ethylene glyco, 도 5의 (c)), 노아(NOA, Norland Optical Adhesive, 도 5의 (d)), 광유(mineral oil, 도 5의 (e)) 및 콩기름(soybean oil, 도 5의 (f))의 액적을 떨어뜨렸을 때, 모든 종류의 액적은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 대하여 150°이상의 접촉각을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 초발유 및 초발수성을 가지는 옴니포빅 성질이 발현되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 탈이온수(DI water), 글리세린(glycerin), 에틸렌 글리콜(ethylene glyco), 노아(NOA, Norland Optical Adhesive), 광유(mineral oil) 및 콩기름(soybean oil)의 액적이 흐르는 각도(Roll-off Angle)는 30°내지 45°사이로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 모든 종류의 액적이 젖지 않고 안정적으로 롤링되어 제어되는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면으로, 도 6 및 도 7에 따르면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 베이스층(210) 및 마이크로 구조물(220)을 포함한다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 상기 마이크로 구조물(220)은 기둥부(221), 헤드부(222)에 덮개부(223)를 더 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 상기 베이스층(210), 상기 기둥부(221) 및 상기 헤드부(222)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 설명한 베이스층(110), 기둥부(121) 및 헤드부(122)와 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 덮개부(223)는 상기 헤드부(222)의 상면을 덮으며, 상기 덮개부(223)의 재질은 상기 기둥부(221) 및 헤드부(222)와 동일한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 덮개부(223)가 상기 헤드부(222)의 상면을 덮으면서, 상기 기둥부(221) 내부에 형성된 공간이 밀폐되며, 이에 따라 도 8에 따른 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지와 같이, 상기 마이크로 구조물(220)에는 챔버(224)가 형성된다.
상기 챔버(224)에는 여러가지 입자가 수용될 수 있으며, 이에 대한 설명은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면로 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 단면을 도시한 도면이며, 도 9 및 도 10에 따르면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 베이스층(310), 마이크로 구조물(320)에 주입 입자(325)를 더 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 상기 베이스층(310) 및 상기 마이크로 구조물(320)은 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 설명한 베이스층(210) 및 마이크로 구조물(220)과 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 주입 입자(325)는 마이크로 또는 나노 단위의 크기로 구성된 입자로, 도 11에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면의 SEM 이미지와 같이, 상기 마이크로 구조물(320)에 형성된 챔버(324)에 주입된다.
상기 챔버(324)에 상기 주입 입자(325)가 주입됨에 따라 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 랩 온어 칩 장치, 약물 전달 시스템, 피부 부착형 센서와 같이 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
또한, 상기 챔버(324)에 상기 주입 입자(325)가 주입된 후, 상기 덮개부(323)가 상기 헤드부(322)를 덮어, 상기 챔버(324)를 밀폐시킴으로써 상기 챔버(324)에 주입된 상기 주입 입자(325)가 상기 챔버(324)로부터 쉽게 이탈되지 않도록 한다.
결과적으로, 상기 기둥부(321)의 상면에 상기 헤드부(322)가 처마구조를 갖는 환 형상으로 형성되고, 상기 챔버(324)에 주입 입자(325)가 주입된 후, 상기 덮개부(323)가 상기 헤드부(322)의 상면을 덮음으로써 마이크로/나노 단위의 입자를 상기 챔버(324) 내에서 보관할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면은 별도의 화학적 코팅과정 없이 초발유/초발수 특성을 동시에 발현하는 옴니포빅 성질을 가지며, 이를 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 여러가지 종류의 액적에 대한 접촉각 및 흐름각을 도시한 도면이다.
도 12을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 탈이온수(DI water), 글리세린(glycerin), 에틸렌 글리콜(ethylene glyco), 노아(NOA, Norland Optical Adhesive), 광유(mineral oil) 및 콩기름(soybean oil)의 액적을 떨어뜨렸을 때, 모든 종류의 액적은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 대하여 150°이상의 접촉각을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 초발유 및 초발수성을 가지는 옴니포빅 성질이 발현되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 탈이온수(DI water), 글리세린(glycerin), 에틸렌 글리콜(ethylene glyco), 노아(NOA, Norland Optical Adhesive), 광유(mineral oil) 및 콩기름(soybean oil)의 액적이 흐르는 각도(Roll-off Angle)는 20°내지 60°사이로, 모든 종류의 액적이 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 젖지 않고 안정적으로 롤링되어 제어되는 것을 확인할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면으로, 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면를 제작하는 방법에 해당한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법은 원통 형상 홀 에칭 단계(S110), 오버 에칭 단계(S120), 표면 제작 단계(S130)를 포함한다.
상기 원통 형상 홀 에칭 단계(S110)에서는 실리콘 웨이퍼(1000)에 상기 기둥부(121)와 대응되는 형상의 원통 형상 홀(1100)을 에칭한다.
여기서, 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 하부에는 식각 저지층(2000)이 배치되는 것이 바람직하며, 내경 60μm, 외경 80μm의 도넛형상의 홀이 형성된 마스크가 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 상면에 배치되고, 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 상면으로부터 상기 식각 저지층(2000)까지 수직방향으로 에칭을 수행하여 상기 실리콘 웨이퍼(1000)에 상기 원통 형상 홀(1100)을 형성한다.
상기 오버 에칭 단계(S120)에서는 상기 원통 형상 홀 에칭 단계(S110) 후에 상기 실리콘 웨이퍼(1000)를 추가로 에칭하여 상기 원통 형상 홀(1100) 하부에 처마 형상 홀(1200)을 형성한다.
즉, 상기 원통 형상 홀 에칭 단계(S110)에서 상기 식각 저지층(2000) 까지 식각이 완료된 후, 상기 오버 에칭 단계(S120)에서 에칭을 계속하여 진행하게 되면, 상기 식각 저지층(2000)으로 인하여, 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 깊이 이상으로 에칭을 수행할 수 없게 되므로, 상기 식각 저지층(2000)과 접하는 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 수평방향으로 식각되어 들어가는 언더컷 현상에 따라, 상기 실리콘 웨이퍼(1000)에는 상기 헤드부(122)와 대응되는 형상의 상기 처마 형상 홀(1200)이 형성된다.
상기 표면 제작 단계(S130)에서는 상기 실리콘 웨이퍼(1000)에 대하여 레플리카 공정을 수행하여 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작하며, 구체적으로, 상기 표면 제작 단계(S130)는 고분자 물질 주입 단계(S131), 고분자 물질 경화 단계(S132) 및 고분자 물질 이형 단계(S133)를 포함한다.
상기 고분자 물질 주입 단계(S131)에서는 상기 실리콘 웨이퍼(1000)에 형성된 상기 원통 형상 홀(1100)과 상기 처마 형상 홀(1200)에 고분자 물질(3000)을 주입하고, 동시에 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 상면에 고분자 물질(3000)을 일정 두께로 도포하여 평평한 층을 형성한다.
여기서, 상기 고분자 물질(3000)의 재질은 상술한 본 발명에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에서 설명한 베이스층(110), 마이크로 구조물(120) 및 덮개부(223)의 재질과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
이후, 상기 고분자 물질 경화 단계(S132)에서는 상기 고분자 물질(3000)에 빛을 조사하여 상기 고분자 물질(3000)을 경화시킨다.
마지막으로, 상기 고분자 물질 이형 단계(S133)에서는 상기 실리콘 웨이퍼(1000)로부터 경화된 상기 고분자 물질(3000)을 이형시켜 상기 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작한다.
즉, 상기 원통 형상 홀(1100)에 주입된 상기 고분자 물질은 내측에 챔버(224)가 형성된 기둥부(121)로 제작되고, 상기 처마 형상 홀(1200)에 주입된 상기 고분자 물질은 헤드부(122)로 제작되며, 상기 실리콘 웨이퍼(1000)의 상면에 일정 두께로 도포되어 형성된 평평한 층은 베이스층(110)으로 제작되어 결과적으로 상기 마이크로 구조물을 갖는 표면이 제작된다.
도 15 및 도 16을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면으로, 상술한 본 발명에 따른 마이크로 구조물(120)을 갖는 제2 실시예를 제작하는 방법에 해당한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법은 원통 형상 홀 에칭 단계(S210), 오버 에칭 단계(S220), 표면 제작 단계(S230)에 폴리머 액적 롤링 단계(S250) 및 폴리머 액적 경화 단계(S260)를 더 포함한다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 상기 원통 형상 홀 에칭 단계(S210), 상기 오버 에칭 단계(S220), 상기 표면 제작 단계(S230)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법에 기재된 상기 원통 형상 홀 에칭 단계(S110), 상기 오버 에칭 단계(S120), 상기 표면 제작 단계(S130)와 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 폴리머 액적 롤링 단계(S250)에서는 상기 표면 제작 단계(S230)에서 제작된 마이크로 구조물을 갖는 표면 상에 폴리머 액적을 롤링시킨다. 이때, 상기 폴리머 액적의 재질은 상술한 덮개부(223)의 재질과 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 폴리머 액적 롤링 단계(S250)에서 마이크로 구조물을 갖는 표면 상에 폴리머 액적을 롤링시키게 되면, 디웨팅(dewetting) 현상에 의하여 상기 헤드부(222)의 상면에 소량의 폴리머 액적이 남게 되며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 폴리머 액적 경화 단계(S260)에서는 상기 헤드부(222)의 상면에 위치하는 상기 폴리머 액적을 자외선으로 경화시키며, 이때, 경화된 상기 폴리머 액적은 상술한 덮개부(223)에 대응된다.
도 17 및 도 18을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 단계도를 도시한 도면이고, 도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법을 단계별로 도시한 도면으로, 상술한 본 발명에 따른 마이크로 구조물(120)을 갖는 제3 실시예를 제작하는 방법에 해당한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법은 원통 형상 홀 에칭 단계(S310), 오버 에칭 단계(S320), 표면 제작 단계(S330), 폴리머 액적 롤링 단계(S350), 폴리머 액적 경화 단계(S360)를 포함하되, 상기 폴리머 액적 롤링 단계(S350)가 수행되기 이전에 입자 주입 단계(S340)를 더 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법에 따른 원통 형상 홀 에칭 단계(S310), 오버 에칭 단계(S320), 표면 제작 단계(S330), 폴리머 액적 롤링 단계(S350), 폴리머 액적 경화 단계(S360)는 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법에 따른 원통 형상 홀 에칭 단계(S210), 오버 에칭 단계(S220), 표면 제작 단계(S230), 폴리머 액적 롤링 단계(S250), 폴리머 액적 경화 단계(S260)와 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법은 상기 표면 제작 단계(S330)에서 제작된 상기 마이크로 구조물(320)의 내부에 마이크로 입자 또는 나노 입자를 수용할 수 있는 챔버(324)가 형성되며, 상기 표면 제작 단계(S330) 이후, 상기 입자 주입 단계(S340)에서는 상기 챔버(324) 내부로 마이크로 입자 또는 나노 입자에 해당하는 주입 입자(325)를 주입한다.
이후, 상기 폴리머 액적 롤링 단계(S350) 및 상기 폴리머 액적 경화 단계(S360)를 수행함으로써, 상기 챔버(324)를 밀폐시킴으로써 상기 챔버(324) 내부에 주입된 주입 입자(325)가 상기 챔버(324)로부터 쉽게 이탈되지 않도록 한다.
여기서, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 폴리머 액적 롤링 단계(S250, S350)를 통해 덮개부(223, 323)가 형성되는 원리를 도 19를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 19의 (a)와 같이, 상기 폴리머 액적이 구르기 시작하면, 도 19의 (b)와 같이 상기 폴리머 액적의 메니스커스가 다음 마이크로 구조물로 이동하게 되고, 동시에 마이크로 구조물 사이를 연결하는 팁 모양의 미세 모세관 브리지가 형성된다.
상술한 폴리머 액적의 미세 모세관 브릿지는 도 19의 (c)와 같이 핀치오프(pinch-off)에 따라 메니스커스(receding meniscus)에 도달하게 되고, 결과적으로 도 19의 (d)와 같이 상기 폴리머 액적의 미소량이 마이크로 구조물의 상면에 남게 되면서 상술한 덮개부(223, 323, Droplet trail)를 형성하게 된다.
이 외, 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법의 상세 설명은 각각 상술한 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 마이크로 구조물을 갖는 표면에 대응되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
110, 210, 310: 베이스층
120, 220, 320: 마이크로 구조물
121, 221, 321: 기둥부
122, 222, 322: 헤드부
223, 323: 덮개부
224, 324: 챔버
325: 주입 입자

Claims (8)

  1. 베이스층; 및
    상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 복수의 마이크로 구조물을 포함하되,
    상기 마이크로 구조물은,
    상기 베이스층으로부터 돌출 형성되는 원통 형상의 기둥부; 및
    상기 기둥부의 상면에 형성되는 처마 형상의 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부의 상기 처마 형상은 상기 기둥부의 상면의 반경방향으로 돌출 형성된 것인 마이크로 구조물을 갖는 표면.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물은,
    상기 헤드부의 상면을 덮는 덮개부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물은,
    내부에 마이크로 입자 또는 나노 입자를 수용할 수 있는 챔버가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면.
  5. 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법에 있어서,
    실리콘 웨이퍼에 원통 형상 홀을 에칭하는 원통 형상 홀 에칭 단계;
    상기 원통 형상 홀 에칭 단계 후에 추가로 에칭하여 상기 원통 형상 홀의 하부에 처마 형상 홀을 형성하는 오버 에칭 단계; 및
    상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 레플리카 공정을 수행하여 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작하는 표면 제작 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표면 제작 단계는,
    상기 실리콘 웨이퍼에 고분자 물질을 주입하는 고분자 물질 주입 단계;
    상기 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화 단계; 및
    상기 실리콘 웨이퍼로부터 경화된 상기 고분자 물질을 이형시켜 상기 마이크로 구조물을 갖는 표면을 제작하는 고분자 물질 이형 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 표면 제작 단계에서 제작된 마이크로 구조물을 갖는 표면 상에 폴리머 액적을 롤링시키는 폴리머 액적 롤링 단계; 및
    상기 폴리머 액적 롤링 단계 이후에 자외선으로 상기 표면 상에 남아 있는 폴리머 액적을 경화시키는 폴리머 액적 경화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 표면 제작 단계에서 제작된 상기 마이크로 입자에는 내부에 마이크로 입자 또는 나노 입자를 수용할 수 있는 챔버가 형성되며,
    상기 표면 제작 단계 이후, 상기 챔버 내부로 마이크로 입자 또는 나노 입자를 주입하는 입자 주입 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물을 갖는 표면 제작방법.
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