KR20230050540A - 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 이의 방법으로 제작되는 액적 흐름속도 제어표면 - Google Patents

액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 이의 방법으로 제작되는 액적 흐름속도 제어표면 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스층 상에 하단보다 상단의 폭이 넓은 사다리꼴 형상의 마이크로 구조물이 형성되고, 마이크로 구조물의 상면을 선택적으로 식각함으로써, 마이크로 구조물의 상면을 이동하는 액적의 흐름속도를 제어할 수 있는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 액적 흐름속도 제어표면에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법에 있어서, 일정간격 이격된 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하는 몰드 제작단계와, 상기 고분자몰드에 레플리카 공정을 수행하여, 일정간격 이격된 복수개의 마이크로 구조물이 형성된 구조체표면을 제작하는 표면 제작단계와, 상기 마이크로 구조물의 상면을 식각하여, 상기 마이크로 구조물의 상면에 나노 범프를 형성하는 식각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법을 제공한다.

Description

액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 이의 방법으로 제작되는 액적 흐름속도 제어표면{Fabrication method of surface for controlling the directional sliding velocity of a liquid and surface for controlling the directional sliding velocity of a liquid}
본 발명은 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 액적 흐름속도 제어표면에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스층 상에 하단보다 상단의 폭이 넓은 사다리꼴 형상의 마이크로 구조물이 형성되고, 마이크로 구조물의 상면을 선택적으로 식각함으로써, 마이크로 구조물의 상면을 이동하는 액적의 흐름속도를 제어할 수 있는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 액적 흐름속도 제어표면에 관한 것이다.
일반적으로 발수성과 발유성이란 각각 물과 기름에 젖기 어려운 성질을 뜻하는 것이며, 초발수성과 초발유성이란 각각 해당 분야에서 고체의 표면에 접촉한 물의 접촉각이 150° 이상, 오일에 대한 접촉각이 150° 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.
이와 같이, 각각 물과 오일에 대한 접촉각이 150° 이상인 초발수성 및 초발유성 표면은 실제적인 응용의 범위가 넓으며, 이러한 초발수성 및 초발유성 표면은 자연모사 기술을 사용하여 연구를 진행하였다.
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 특성이고, 이것은 화학적 조성 및 기하학적 마이크로/나노 구조 둘 다에 의해 주로 지배된다. 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 주의를 끌어왔다.
또한, 표면상에 마이크로 스트라이프 구조물을 형성함으로써 펌프, 밸브 등 물리적 장치를 통해 추가적인 외부 에너지를 사용하지 않고, 표면상에서 액적이 흐르는 방향을 조절할 수 있도록 하는 기술이 개발되었다.
그러나 미세 유체 플랫폼 등과 같이 정확한 생물학적 또는 화학적 분석을 수행하기 위하여, 물, 기름 등을 포함하는 다양한 액체에 대하여 표면상에서 액적의 속도를 제어하는 기술이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0027144호 (발명의 명칭: 저응착을 위한 표면 패턴 구조를 갖는 초발수 필름 및 이의 제조 방법, 공개일: 2019.03.14)
본 발명은 베이스층 상에 하단보다 상단의 폭이 넓은 사다리꼴 형상의 마이크로 구조물이 형성되고, 마이크로 구조물의 상면을 선택적으로 식각함으로써, 마이크로 구조물의 상면을 이동하는 액적의 흐름속도를 제어할 수 있는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 액적 흐름속도 제어표면을 제공하고자 함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법에 있어서, 일정간격 이격된 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하는 몰드 제작단계와, 상기 고분자몰드에 레플리카 공정을 수행하여, 일정간격 이격된 복수개의 마이크로 구조물이 형성된 구조체표면을 제작하는 표면 제작단계와, 상기 마이크로 구조물의 상면을 식각하여, 상기 마이크로 구조물의 상면에 나노 범프를 형성하는 식각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법을 제공한다.
여기서, 상기 몰드 제작단계는 실리콘 웨이퍼를 에칭하여, 일정간격 이격된 마이크로 라인구조를 형성하는 마이크로라인 에칭단계와, 상기 실리콘 웨이퍼에 제1 재료를 주입 및 경화시키고, 상기 실리콘 웨이퍼로부터 제1 재료를 이형시켜 상기 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하는 고분자몰드 제작단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마이크로라인 에칭단계에서 상기 마이크로 라인구조는 사다리꼴 구조로, 상기 마이크로 라인구조의 횡단면 중 상면의 폭이 하면의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면 제작단계는 복수개의 상기 음각 마이크로 라인구조에 상기 제1 재료보다 탄성계수가 낮은 제2 재료를 주입하는 제2 재료 주입단계와, 상기 제2 재료를 경화시키는 제2 재료 경화단계와, 경화된 상기 제2 재료를 상기 고분자몰드로부터 이형시켜, 상기 복수개의 마이크로 구조물이 형성된 상기 구조체표면을 제작하는 구조체표면 제작단계를 포함하며, 상기 구조체표면 제작단계에서 제작된 상기 구조체표면의 상기 마이크로 구조물은 상기 마이크로 라인구조와 동일한 형상으로 형성되고, 상기 제2 재료 주입단계에서 상기 제2 재료는 고분자와 나노 파티클의 혼합재료로 구성될 수 있다.
또한, 상기 식각단계에서는 상기 마이크로 구조물의 상면을 자외선 오존(UV Ozone)으로 식각하되, 상기 마이크로 구조물에 포함된 고분자를 식각하여 상기 나노 파티클을 노출시킴으로써 상기 마이크로 구조물의 상면에 상기 나노 범프를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스층과, 상기 베이스층으로부터 돌출형성되며, 일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수개의 마이크로 구조물과, 상기 마이크로 구조물 상면에 형성된 나노 범프를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법 및 이의 방법으로 제작되는 액적 흐름속도 제어표면은 다음과 같을 효과가 있다.
첫째, 베이스층 상에 하단보다 상단의 폭이 넓은 사다리꼴 형상의 마이크로 구조물이 형성되고, 마이크로 구조물의 상면을 선택적으로 식각함으로써, 마이크로 구조물의 상면을 이동하는 액적의 흐름속도를 제어할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 표면상에서 액적의 흐름속도 제어가 가능해짐에 따라 미세 유체 플랫폼 등과 같이 정확한 생물학적 또는 화학적 분석을 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 단계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 단계 및 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법에 의해 제작된 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계에서 마이크로 구조물의 상면을 식각하는 시간 차이에 따른 상기 마이크로 구조물의 상면의 예시 및 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계에서 마이크로 구조물의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물의 상면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계에서 마이크로 구조물의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물의 상면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계에서 마이크로 구조물의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물의 상면의 거칠기 정도 및 실험값을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 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 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 단계를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 단계 및 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법에 의해 제작된 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 예시를 도시한 도면으로, 도 1 및 도 2에 따르면 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법은 몰드 제작단계(S100), 표면 제작단계(S200), 식각단계(S300) 및 표면코팅단계(S400)를 포함한다.
상기 몰드 제작단계(S100)는 일정간격 이격된 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하며, 구체적으로 상기 몰드 제작단계(S100)에는 마이크로라인 에칭단계(S110) 및 고분자몰드 제작단계(S120)를 포함한다.
상기 에칭단계는 실리콘 웨이퍼를 에칭하여, 일정간격 이격된 마이크로 라인구조를 형성한다.
일 예로, 상기 마이크로라인 에칭단계(S110)는 세정단계, 포토레지스트층 증착단계, 웨이퍼 식각단계를 포함한다.
상기 세정단계에서는 상기 실리콘 웨이퍼의 상면을 세정하고, 상기 포토레지스트층 증착단계에서는 상기 실리콘 웨이퍼의 상면에 20μm 두께의 프토레지스트층을 증착시키며, 이때 상기 포토레지스트층은 스핀코팅에 의해 증착될 수 있다.
이후, 상기 웨이퍼 식각단계에서는 상기 포토레지스트층 상부에 마이크로라인 패턴이 형성된 마스크를 배치한 후, 에칭을 수행함으로써 상기 실리콘 웨이퍼에 마이크로 라인구조를 형성한다.
이때, 상기 웨이퍼 식각단계에서 형성되는 마이크로 라인구조의 단면은 표면이 노출되는 에칭시간을 점진적으로 줄임으로써 상단부는 30μm, 하단부는 20μm의 돌출구조가 형성된다.
즉, 상기 마이크로라인 에칭단계(S110)에서 상기 마이크로 라인구조는 사다리꼴 구조로, 상기 마이크로 라인구조의 횡단면 중 상면의 폭이 하면의 폭보다 넓게 형성된다.
이후, 상기 고분자몰드 제작단계(S120)에서는 상기 음각 마이크로 라인구조가 형성된 상기 실리콘 웨이퍼의 상면에 제1 재료를 주입한 후 경화시키고, 상기 제1 재료를 상기 실리콘 웨이퍼로부터 이형시켜, 상면에 상기 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작한다.
이때, 상기 제1 재료는 고분자 재료로 PDMS일 수 있으며, 상기 마이크로 라인구조와 상기 음각 마이크로 라인구조는 동일한 형상으로 형성된다.
상기 표면 제작단계(S200)에서는 상기 몰드에 레플리카 공정을 수행하여, 일정간격 이격된 복수개의 마이크로 구조물(200)이 형성된 구조체표면을 제작한다.
구체적으로 상기 표면 제작단계(S200)는 제2 재료 주입단계(S210), 제2 재료 경화단계(S220) 및 구조체표면 제작단계(S230)를 포함한다.
상기 제2 재료 주입단계(S210)에서는 복수개의 상기 음각 마이크로 라인구조에 상기 제1 재료보다 탄성계수가 낮은 제2 재료를 주입한다.
이때, 상기 제2 재료는 고분자 재료 및 무기입자인 나노 파티클이 혼합된 물질이다. 예를 들어 상기 제2 재료에 포함되는 고분자 재료는 UV 경화성 수지이며, 상기 나노 파티클은 평균 직경이 2000nm인 폴리우레탄 아크릴레이트와 구형 SiO2 나노 입자이다.
여기서, 상기 제2 재료 주입단계(S210)가 수행되기 전에 상기 제2 재료의 상기 고분자 재료와 상기 나노 파티클이 균일하게 혼합되도록 제2 재료 혼합단계를 더 포함할 수 있다.
이후, 상기 제2 재료 경화단계(S220)에서는 광이 상기 제2 재료를 경화시키며, 일 실시예로, 상기 제2 재료 경화단계(S220)에서는 상기 제2 재료에 250-400 nm의 파장대의 광을 1~100 mW/cm2의 강도로 조사함으로써 상기 제2 재료를 경화시킨다.
이후, 상기 구조체표면 제작단계(S230)에서는 상기 제2 재료를 상기 고분자몰드로부터 이형시켜, 상기 복수개의 마이크로 구조물(200)이 형성된 상기 구조체표면을 제작한다.
이때, 상기 구조체표면 제작단계(S230)에서 제작된 상기 구조체표면의 상기 마이크로 구조물(200)은 상기 마이크로 라인구조와 동일한 형상이며, 상단부는 30μm, 하단부는 20μm의 사다리꼴 구조로 형성된다.
상기 식각단계(S300)에서는 상기 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하여, 상기 마이크로 구조물(200)의 상면에 나노 범프(300)를 형성하며, 이때, 상기 식각단계(S300)는 마스크 배치단계 및 식각 수행단계를 포함할 수 있다.
상기 마스크 배치단계에서는 상기 마이크로 구조물(200)의 상면 중 식각을 수행하는 영역만 노출되도록 상기 구조체표면의 상부에 마스크를 배치한다.
이후, 상기 식각 수행단계에서는 상기 마스크로부터 노출된 영역의 상기 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하며, 상기 식각 수행단계에서는 상기 마이크로 구조물(200)에 254 nm 및 185 nm의 파장대의 광으로 조사함으로써 식각을 수행하며, 상기 광은 자외선 오존이다.
상기 식각 수행단계에서 상기 마이크로 구조물(200)의 상면을 자외선 오존(UV Ozone)으로 식각하되, 상기 마이크로 구조물(200)에 포함된 고분자만을 식각하여 상기 나노 파티클을 노출시킴으로써 상기 마이크로 구조물(200)의 상면에 잔여하는 나노파티클에 의하여 상기 나노 범프(300)를 형성하며, 상기 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간에 따라 상기 마이크로 구조물(200)의 상면을 이동하는 액적의 흐름속도가 상이한 구조체표면을 제작할 수 있고, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 표면코팅단계(S400)에서는 상기 구조체표면의 외측면이 초발수성을 띄도록 코팅을 수행하며, 상기 표면코팅단계(S400)는 저압 플라즈마 시스템을 사용하여 옥타플루오로사이클로뷰테인(Octafluorocyclobutane, C4F8)가스를 10분 동안(100 W ICP power, 50 kHz, 500 mTorr 압력, 10 sccm 가스 유량) 상기 구조체표면에 노출시킴으로써 구조체표면에 초발수성 코팅을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법은 몰드 제작단계(S100), 표면 제작단계(S200), 식각단계(S300) 및 표면코팅단계(S400)을 통해 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면을 제작한다.
본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면은 베이스층(100), 마이크로 구조물(200) 및 나노 범프(300)를 포함한다.
상기 베이스층(100)은 상술한 제2 재료로 구성되며, 플랫(flat)한 평판 형상으로 형성된다.
상기 복수개의 마이크로 구조물(200)은 상기 베이스층(100)으로부터 돌출형성되며, 일정 간격으로 이격되어 배치된다.
즉, 하나의 마이크로 구조물(200)은 긴 막대 형상으로 형성되되, 횡단면이 상단부는 30μm, 하단부는 20μm의 사다리꼴 구조로 형성된다.
상기 나노 범프(300)는 상기 마이크로 구조물(200) 상면에 형성되되, 1 내지 2000nm 직경의 구형 입자의 형상으로 형성되되, 완전한 구형이 아닌 반구형 형상 등으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간 차이에 따른 상기 마이크로 구조물(200)의 상면의 예시 및 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간이 길어짐에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물(200)의 상면은 높은 값의 나노 거칠기를 가진다.
즉, 비 식각 영역(none etch)에서 오일 액적의 흐름 속도는 중간 식각 영역(medium etch)에서 오일 액적의 흐름 속도보다 빠르고, 중간 식각 영역(medium etch)에서 오일 액적의 흐름 속도는 강 식각 영역(hard etch)에서 오일 액적의 흐름 속도보다 빠른 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 마이크로 구조물(200)의 상면의 나노 거칠기가 높을수록 액적의 흐름 속도가 느려진다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도시한 도면이며, 본 발명에 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간이 길어짐에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 마이크로 구조물(200)의 상면은 높은 값의 나노 거칠기를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물(200)의 상면의 거칠기 정도 및 실험값을 도시한 도면이다.
먼저, 도 6의 (a)는 가공된 마이크로 구조물(200)의 표면의 거칠기 정도를 도시한 도면이고, 도 6의 (b) 내지 (d)는 제작된 샘플을 원자현미경(AFM)촬영한 사진으로, 도 6의 (b)에 도시된 #1 샘플은 식각단계(S300)가 수행되지 않은 구조체표면이며, 도 6의 (c)에 도시된 #3 샘플은 식각단계(S300)가 60분 수행된 구조체표면이고, 도 6의 (d)에 도시된 #5 샘플은 식각단계(S300)가 120분 수행된 구조체표면이다.
또한, 이 외, #2 샘플은 식각단계(S300)가 30분 수행된 구조체표면이고, #4 샘플은 식각단계(S300)가 90분 수행된 구조체표면이며, #6 샘플은 식각단계(S300)가 150분 수행된 구조체표면이고, #6 샘플은 식각단계(S300)가 식각단계(S300)가 180분 수행된 구조체표면이다
본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면 마이크로 구조물(200)의 상면의 거칠기 정도에 따른 액적흐름 속도를 설명하기 앞서, 도 6의 (e) 및 (f)를 참조하여 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 마이크로 구조물(200)의 상면의 거칠기 정도에 따른 액적별 접촉각 및 흐름각을 설명하면 다음과 같다.
도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간이 상이해도, 구조체표면에 대한 오일과 물의 접촉각은 약 150도로 초발수성을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 물보다 오일의 접촉각이 더 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 6의 (f)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간이 상이함에 따라, 즉, 식각 시간이 길어짐에 따라 구조체표면에 대한 오일과 물의 흐름각은 커지며, 이때, #5 샘플의 식각단계(S300) 소요시간보다 긴 표면인 #6 샘플과 #7 샘플은 #5 샘플과 비슷한 결과값을 보인다.
이는, 상기 식각단계(S300)에서 오존으로 에칭을 과도하게 수행하면, 상기 나노 파티클이 상기 구조체표면으로부터 떨어져 나가는 현상에 의한 것으로, 따라서, 상기 마이크로 구조물(200)에 254 및 185 nm의 파장대의 광으로 조사하는 경우, 1분 내지 120분 사이의 식각시간을 조정함으로써 속도제어 표면의 액적흐름 속도를 제어하는 것이 바람직하며, 이는 도 6의 (g)에 도시된 표면 샘플(#1 내지 #7)별 액적(오일)의 과도적 변화로 확인할 수 있다.
결과적으로, 도 6의 (j)의 도시와 같이, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법의 식각단계(S300)에서 마이크로 구조물(200)의 상면을 식각하는 시간에 따라 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면에서 상기 마이크로 구조물(200)의 상면의 거칠기 정도 및 실험값은 동일한 양상을 보이며, 즉, 본 발명에 따른 액적 흐름속도 제어표면의 마이크로 구조물(200)의 상면의 나노 거칠기가 높을수록 액적의 흐름 속도가 느려지는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 베이스층
200: 마이크로 구조물
300: 나노 범프

Claims (6)

  1. 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법에 있어서,
    일정간격 이격된 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하는 몰드 제작단계;
    상기 고분자몰드에 레플리카 공정을 수행하여, 일정간격 이격된 복수개의 마이크로 구조물이 형성된 구조체표면을 제작하는 표면 제작단계; 및
    상기 마이크로 구조물의 상면을 식각하여, 상기 마이크로 구조물의 상면에 나노 범프를 형성하는 식각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 제작단계는,
    실리콘 웨이퍼를 에칭하여, 일정간격 이격된 마이크로 라인구조를 형성하는 마이크로라인 에칭단계; 및
    상기 실리콘 웨이퍼에 제1 재료를 주입 및 경화시키고, 상기 실리콘 웨이퍼로부터 제1 재료를 이형시켜 상기 복수개의 음각 마이크로 라인구조가 형성된 고분자몰드를 제작하는 고분자몰드 제작단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로라인 에칭단계에서 상기 마이크로 라인구조는 사다리꼴 구조로, 상기 마이크로 라인구조의 횡단면 중 상면의 폭이 하면의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 표면 제작단계는,
    복수개의 상기 음각 마이크로 라인구조에 상기 제1 재료보다 탄성계수가 낮은 제2 재료를 주입하는 제2 재료 주입단계;
    상기 제2 재료를 경화시키는 제2 재료 경화단계; 및
    경화된 상기 제2 재료를 상기 고분자몰드로부터 이형시켜, 상기 복수개의 마이크로 구조물이 형성된 상기 구조체표면을 제작하는 구조체표면 제작단계;를 포함하며,
    상기 구조체표면 제작단계에서 제작된 상기 구조체표면의 상기 마이크로 구조물은 상기 마이크로 라인구조와 동일한 형상으로 형성되고,
    상기 제2 재료 주입단계에서 상기 제2 재료는 고분자와 나노 파티클의 혼합재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 식각단계에서는 상기 마이크로 구조물의 상면을 자외선 오존(UV Ozone)으로 식각하되, 상기 마이크로 구조물에 포함된 고분자를 식각하여 상기 나노 파티클을 노출시킴으로써 상기 마이크로 구조물의 상면에 상기 나노 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면의 제작방법.
  6. 베이스층;
    상기 베이스층으로부터 돌출형성되며, 일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수개의 마이크로 구조물; 및
    상기 마이크로 구조물 상면에 형성된 나노 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 흐름속도 제어표면.
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