KR20230053981A - 계층적 미세구조화된 표면을 가지는 유무기 복합소재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 물질과 무기 물질이 계층적 미세구조화 표면을 형성한 유무기 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 하향식 제조방식과 상향식 제조방식을 혼합하여 다양한 스케일의 미세거칠기가 공존하는 유무기 복합소재를 제조할 수 있고, 그에 따라 제조된 유무기 복합소재는 높은 소수성을 포함한 우수한 표면 특성을 가질 수 있다.
Description
본 발명은 3차원 네트워크형 기공 구조를 가지는 다공성 고분자 물질에 무기 나노입자를 충진하여 다공성 고분자의 표면과 무기 나노입자에 의해 형성된 표면이 구분되는 계층적 미세구조를 가진 유무기 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
소재의 표면에 소수성을 부가하기 위해 소재 표면 구조를 변형하거나 거칠기를 개선하는 기술이 주로 활용된다. 일 예로 자연의 연잎이 가지는 구조인 나노수준의 계층적 미세구조를 모방할 수 있는 기술은 소재에 소수성과 자가 세정 능력을 부여할 수 있어 기능성 코팅 및 필름 제조에 널리 활용될 수 있다.
소재의 표면을 계층적으로 미세구조화 할 수 있는 기술은 통상 하향식 제조방식과 상?e식 제조방식으로 구분할 수 있다. 포토리소그래피(Photolithography)와 레이저 융삭(laser writing) 방식은 대표적인 하향식 제조방식으로 공정 변수의 정밀 제어가 가능해 표면 요철 구조의 패턴을 세밀하게 설계할 수 있는 특징이 있다. 미세입자가 분산된 용액을 이용한 연속 코팅 방식은 대표적인 상향식 제조방식으로 특별한 장치 없이 손쉽게 계층적 미세구조 표면을 형성할 수 있는 특징이 있다.
그러나 하향식 제조방식은 미세구조 표면 형성을 위한 일련의 공정에 소요되는 비용 매우 크고 시간도 오래 걸리는 단점이 있고, 상향식 제조방식은 미세구조 표면의 정밀한 제어가 거의 불가능하며 대면적 균일성이 매우 떨어지는 단점이 있다. 또한 하향식 및 상향식 제조방식은 모두 소재의 제한을 받기에 고분자, 세라믹, 금속 등 일반적인 소재라도 2종 이상의 소재를 포함한 복합소재의 미세표면 구조 구현 사례는 찾아보기 힘들다. 한국 등록특허 제10-2301276호, 한국 등록특허 제10-1997874호 등은 표면을 소수성으로 개질한 나노 구조체에 대해 개시하고 있으나 서로 다른 복수의 소재를 포함하는 계측적 미세구조 표면을 구현한 기술로 보기 어려운 면이 있다.
본 발명의 목적은 유기 및 무기 소재를 모두 포함하고, 유기 소재에 의해 형성되는 표면과 무기 소재에 의해 형성되는 표면이 구분되어 계층적으로 미세구조화된 표면을 가지는 복합소재를 제공하는 것이다.
본 발명은 계층적으로 미세구조화된 표면을 포함하는 유무기 복합소재의 제조방법으로 기판 위에 감광성 고분자막을 형성하고 포토마스크 접촉하는 단계, 포토마스크 상부에서 광원을 조사하여 3차원 네트워크형 기공 구조를 가지는 다공성 고분자 템플릿을 제조하는 단계, 다공성 고분자 템플릿의 내부 기공에 무기 나노입자를 충진하여 다공성 고분자 템플릿의 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면으로 구분되는 계층적 미세구조화 표면을 형성하는 단계 및 계층적 미세구조화 표면에 자가조립 단층막 형성을 위한 소수성 코팅제를 처리하는 단계를 포함하는 유무기 복합소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방법은 무기 나노입자의 직경이 고분자 템플릿의 내부 기공 직경보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방법에서 계층적 미세구조화 표면의 거칠기는 다공성 고분자 템플릿 표면의 거칠기가 다공성 고분자 템플릿 내부 기공에서 무기 나노입자에 의해 형성된 표면의 거칠기보다 더 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재의 제조방법에서 다공성 고분자 템플릿을 제조하는 방법은 콜로이달 자기조립(colloidal self-assembly), 블록공중합체 리소그래피(block copolymer lithography), 직접 레이저 쓰기(direct laser writing), 스테레오리소그래피(stereolithography), 직접 잉크 쓰기(direct ink writing), 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography), 근접장 나노패터닝(proximity field nanopatterning) 및 위상 마스크 리소그래피(phase mask lithography)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재의 제조방법에서 포토마스크는 위상 마스크(phase mask) 또는 진폭 마스크(amplitude mask)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재의 제조방법에서 무기 나노입자는 금속산화물, 반도체 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 금속산화물에는 산화규소, 이산화규소, 이산화티타늄 및 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있고, 반도체에는 실리콘, 게르마늄 및 갈륨비소를 포함할 수 있고, 금속에는 구리, 니켈, 백금, 금, 은 및 동을 포함할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재의 제조방법에서 무기 나노입자를 충진하는 방법은 나노입자 분산액을 딥코팅(deep coating), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 랭뮤어 블라젯(Langmuir Blodget)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재는 접촉각이 130˚내지 160˚일 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재는 다공성 고분자 템플릿의 내부 기공에 무기 나노입자가 충진된 유무기 복합소재로서, 다공성 고분자 템플릿의 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면으로 구분되는 계층적 미세구조화 표면을 가지고, 다공성 고분자 템플릿 표면의 거칠기가 충진된 무기 나노입자에 의해 형성된 표면의 거칠기보다 더 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재에서 다공성 고분자 템플릿이 차지하는 영역과 나노입자로 충진된 영역이 서로 역상(inverse form)일 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방식은 상향식 제조방식과 하향식 제조방식을 혼합하여 종래에 상향식 또는 하향식으로 달성할 수 없었던 복합소재의 계층적 미세구조화 표면을 형성할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방식은 상향식 제조 단계와 상향식 제조 단계를 순차적으로 적용하기에 복합소재의 표면 요철 구조 설계와 제어가 원활하고, 다양한 복합 스케일을 가진 계층적 미세구조 표면을 구현할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재에서 계층적 미세구조는 서로 다른 크기의 표면 거칠기가 공존하고 있어 소수성이 우수한 코팅 및 필름 제조에 활용할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방법은 주기적인 3차원 다공성 나노구조를 가진 다공성 고분자 템플릿을 기반으로 하기에 고분자와 세라믹, 고분자와 금속 등 복수의 이종(異種) 물질을 포함하면서 계층적 미세구조 표면을 가지는 다양한 복합소재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합소재 제조의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합소재 제조의 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 다공성 고분자 템플릿의 상부 이미지(a)와 단면 이미지(b)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다공성 고분자 템플릿에 나노 무기입자를 충진한 상태의 시편 이미지 및 EDS 성분 분석 결과로서 주사전자현미경으로 촬영한 상부이미지(a), EDS 성분 분석을 통한 탄소의 분포 맵핑 이미지(b), EDS 성분 분석을 통한 규소의 분포 맵핑 이미지(c), EDS 성분 분석을 통한 산소의 분포 맵핑 이미지(d)를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 접촉각 특성 예상도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 실제 접촉각을 촬영한 결과를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 접촉각(contact angle) 측정 그래프를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합소재 제조의 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 다공성 고분자 템플릿의 상부 이미지(a)와 단면 이미지(b)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다공성 고분자 템플릿에 나노 무기입자를 충진한 상태의 시편 이미지 및 EDS 성분 분석 결과로서 주사전자현미경으로 촬영한 상부이미지(a), EDS 성분 분석을 통한 탄소의 분포 맵핑 이미지(b), EDS 성분 분석을 통한 규소의 분포 맵핑 이미지(c), EDS 성분 분석을 통한 산소의 분포 맵핑 이미지(d)를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 접촉각 특성 예상도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 실제 접촉각을 촬영한 결과를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 고분자/실리카 유무기 복합소재와 대조군들의(유리 기판, SU-8 코팅 유리 기판, 3차원 나노구조화된 SU-8 필름 코팅 유리 기판) 접촉각(contact angle) 측정 그래프를 보여준다.
본 발명의 실시예들에 대한 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 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 계층적 미세구조화 표면을 가진 유무기 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 유무기 복합소재 제조방법은 기판 위에 감광성 고분자막을 형성하고 포토마스크 접촉하는 단계, 포토마스크에 광원을 조사하여 3차원 네트워크형 기공 구조를 가지는 다공성 고분자 템플릿을 제조하는 단계, 다공성 고분자 템플릿의 내부 기공에 무기 나노입자를 충진하여 다공성 고분자 템플릿의 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면으로 구분되는 계층적 미세구조화 표면을 형성하는 단계 및 계층적 미세구조화 표면에 자가조립 단층막 형성을 위한 소수성 코팅제를 처리하는 단계를 포함한다.
기판은 실리콘 웨이퍼, 유리, 석영, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 불소 주석 산화물(fluorine-doped tin oxide, FTO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있고 포토리소그래피에 사용될 수 있는 기판이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 기판의 두께는 크게 제한되지 않으며 기판 위에 형성하고자 하는 감광성 고분자 막의 50 내지 200배 두께 정도의 기판을 선정할 수 있다.
감광성 고분자는 포토레지스트(Photoresist) 물질로서 노광에 의해 화학적 또는 물리적 변화를 일으키는 감광물질이나, 빛의 흡수에 의해 선택적인 화학 식각이 가능한 고분자라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 포지티브톤(positive-tone), 네거티브톤(negative-tone), 광경화성 수지, 광경화성 탄성중합체, 광경화성 하이드로겔 및 광경화성 유기-무기 하이브리드 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 에폭시 수지 기반의 네거티브톤 포토레지스트, DNQ(diazonaphthoquinone) 기반의 포지티브톤 포토레지스트 및 페놀 기반 수지로 이루어진 군에서 선텍되는 하나 이상을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 에폭시 수지 기반의 네거티브톤 포토레지스트인 SU-8을 사용할 수 있다.
기판 위에 감광성 고분자막을 형성하는 방법은 딥 코팅(deep coating), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating) 및 바 코팅(bar coating)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 감광성 물질을 코팅할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 감광성 고분자막의 형성 전 기판을 세척하고 플라즈마 전처리를 수행할 수 있다. 그리고 감광성 고분자막 형성에 앞서, 먼저 감광성 고분자막으로 사용할 물질과 동일한 물질로 기판을 코팅한 후 100 내지 200℃에서 10 내지 30분간 하드베이킹 과정을 거쳐 접착층을 형성할 수 있다. 이후 접착층 위에 포토레지스트 물질을 코팅하고 80 내지 120℃에서 1 내지 10분 동안 소프트 베이킹을 수행하여 감광성 고분자막을 형성할 수 있다. 감광성 고분자막의 두께는 100㎚ 내지 1㎜, 1㎛ 내지 500㎛, 1㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 50㎛이나 이에 제한되는 것은 아니다.
포토마스크(photomask)는 투과형인 위상마스크(phase mask) 및 진폭마스크(amplitude mask)에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 포토마스크 표면에는 조사된 광원을 회절시킬 수 있는 구조가 형성되어 있어 구조의 형상에 따라 빛의 회절 차수, 각도 및 강도를 조절할 수 있다.
포토마스크의 소재는 폴리우레탄, PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate) 및 PFPE(perfluorinated polyether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 포토마스크 제작은 포토리소그래피 및 식각을 포함하는 일련의 반도체 공정을 통해 패턴이 새겨진 실리콘 마스터를 제작하고 패턴 전사 공정을 통해 고분자 기반의 포토마스크를 제조할 수 있다.
감광성 고분자막에 포토마스크를 접촉한 후 포토마스크에 광원을 조사하면 3차원 네트워크형 기공 구조를 가지는 다공성 고분자 템플릿이 생성된다.
다공성 고분자 템플릿을 생성은 콜로이달 자기조립(colloidal self-assembly), 블록공중합체 리소그래피(block copolymer lithography), 직접 레이저 쓰기(direct laser writing), 스테레오리소그래피(stereolithography), 직접 잉크 쓰기(direct ink writing), 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography), 근접장 나노패터닝(proximity field nanopatterning) 및 위상 마스크 리소그래피(phase mask lithography)에서 선택되는 하나 이상의 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다공성 고분자 템플릿은 근접장 나노패터닝 기술로 형성할 수 있다. 근접장 나노패터닝 기술은 빛이 격자를 통과할 때 발생하는 빛의 회절과 근접 영역에서 회절된 빛 사이의 중첩으로 발생하는 간섭 현상을 이용한다. 구체적으로 입사한 빛의 파장과 격자 주기가 유사할 때 회절 차수들 간 섭의 결과물로써 빛의 투과 방향으로 밝고 어두운 영역이 교대로 나타나는데 이때 발생하는 주기적 빛의 분포인 탈봇 간섭(Talbot Interference)을 이용하는 것이다. 회절 발생 위치로부터 수십~수백㎛ 이내의 근거리에서 탈봇 간섭이 포토레지스트의 나노 패터닝에 활용되기에 포토마스크의 격자 가까이 위치한 포토레지스트에서 3차원적 나노 패터닝 현상이 일어난다. 구체적으로 포토마스크에 형성된 격자를 빛이 투과하면서 탈봇 간섭에 의한 3차원적 빛의 분포가 감광성 물질인 포토레지스트 내부를 통과하고, 3차원적 빛의 분포에 따라 포토레지스트의 구조가 형성되게 된다. 포토레지스트가 네거티브톤일 경우 보강간섭에 의해 빛을 강하게 받은 부분이 선택적으로 가교될 수 있고, 포토레지스트가 포지티브톤일 경우 상대적으로 빛을 강하게 받은 부분은 현상(development) 과정에서 선택적으로 분해되어 제거될 수 있어 정렬된 3차원 구조를 가진 고분자 나노구조물을 형성할 수 있게 된다.
다공성 고분자 템플릿은 BCT(Body-Centered-Tetragonal) 형태의 단위셀(unit cell)로 표현될 수 있고, 단위셀의 중심에 기공이 형성되어 있어 기공 내부에 여러 가지 물질을 충진할 수 있다. 다공성 고분자 템플릿은 기판 위에 형성하는 다공성 고분자막의 두께와 공정변수 조절에 따라 수 백 ㎚ 내지 수 십 ㎛ 범위에서 조절할 수 있다. 단위셀의 평면 주기, 단위셀의 수직 주기 및 단위셀 중심에 형성된 기공의 크기는 포토마스크의 설계와 공정변수 조절에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 단위셀의 평면 주기는 수 십 ㎚ 내지 수 백 ㎚ 범위, 수직 주기는 수 백 ㎚ 내지 수 ㎛ 범위, 단위셀의 중심에 형성된 기공의 크기는 수 십 ㎚ 내지 수 백 ㎚ 범위 내에서 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다공성 고분자 템플릿은 5 내지 30㎛ 두께, 5 내지 25㎛ 두께, 5 내지 20㎛ 두께, 5 내지 15㎛ 두께, 바람직하게는 10 내지 15㎛ 두께를 가질 수 있다. 단위셀의 평면 주기는 500 내지 700㎚, 바람직하게는 550 내지 650㎚이고 수직 주기는 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2 내지 3㎛일 수 있다. 단위셀의 중심에 형성된 기공의 크기는 400 내지 600㎚, 바람직하게는 350 내지 550㎚일 수 있다.
단위셀은 3차원 미세다공성 구조물인 다공성 고분자 템플릿 전체에 걸쳐 상호 연결되어 미세기공 네트워크를 이루게 된다. 본 발명에서는 각 미세기공 내부에 다양한 무기 물질을 충진할 수 있고, 무기 물질이 충진되면 고분자 기반의 복연속성(bicontinuous) 3차원 나노구조 복합소재를 제조할 수 있게 된다.
다공성 고분자 템플릿이 생성한 후, 다공성 고분자 템플릿 내부에 무기 나노입자를 충진하여 계층적 미세구조화 표면을 형성할 수 있다. 무기 나노입자가 충진되면, 다공성 고분자 템플릿의 기공에 나노입자가 채워져 다공성 고분자 템플릿 내부의 다공성 구조가 사라질 수 있다. 나노입자가 다공성 고분자 템플릿 내의 기공에 조밀하게 충진되면 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면이 서로 구분되게 되는데, 이렇게 서로 구분되는 서로 다른 표면에 의해 계층적 미세구조화 표면이 형성되게 된다.
계층적 미세구조화 표면은 서로 다른 물질에서 기인한 서로 다른 표면으로 구분되고, 각각의 표면은 대면적 상에서 교대로 존재하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 계층적 미세구조화 표면의 형태와 거칠기는 다공성 고분자 템플릿 표면의 요철구조와 다공성 고분자 템플릿 내부에 충진된 나노입자의 직경, 형태, 성분 등에 의해 제어될 수 있고, 본 발명에서 목적하는 유무기 복합소재의 소수성(hydrophobic) 특성을 현저히 상승시킬 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 계층적 미세구조화 표면은 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면과 충진된 나노입자에가 형성한 표면이 대면적 상에 서로 교대로 존재할 수 있다. 즉 고분자 표면과 무기 나노입자 표면이 서로 일정하게 반복되는 계층적 미세구조화 표면이 형성될 수 있는 것이다(도 5 참조).
다공성 고분자 템플릿 내부에 충진되는 무기 나노입자는 무기 나노입자는 금속산화물, 반도체 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 금속산화물에는 산화규소, 이산화규소, 이산화티타늄 및 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있고, 반도체에는 실리콘, 게르마늄 및 갈륨비소를 포함할 수 있고, 금속에는 구리, 니켈, 백금, 금, 은 및 동을 포함할 수 있다.
무기 나노입자의 직경은 다공성 고분자 템플릿에 형성된 정렬된 기공의 직경보다 작아야 한다. 다공성 고분자 템플릿에 형성된 기공의 직경보다 무기 나노입자의 직경이 큰 경우, 다공성 고분자 템플릿의 기공 내에 무기 나노입자를 조밀하게 충진하기 어려워 계층적 미세구조화 표면이 형성되지 않을 수 있다. 또한 다양한 크기의 미세거칠기 표면을 구현하기도 어려울 수 있다. 무기 나노입자의 직경은 다공성 고분자 템플릿의 기공 직경보다 작으면 제한되지 않으며 수 ㎚ 내지 수 백 ㎚ 범위에 해당할 수 있고, 바람직하게는 다공성 고분자 템플릿 기공의 직경의 1 내지 20% 크기, 5 내지 15% 크기 또는 5 내지 10% 크기의 무기 나노입자를 사용할 수 있다.
무기 나노입자를 충진하는 방법으로 나노입자 분산액을 딥코팅(deep coating), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 랭뮤어 블라젯(Langmuir Blodget)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 사용할 수 있다.
다공성 고분자 템플릿 내부에 무기 나노입자를 충진하여 계층적 미세구조화 표면을 형성한 후, 계층적 미세구조화 표면에 자가조립 단층막(self assembled monolayer, SAM) 형성을 위해 코팅제를 처리할 수 있다.
자가조립 단층막은 형성은 계층적 미세구조화 표면의 거칠기, 형태, 구조 등을 추가적으로 제어할 수 있는 수단으로 활용될 수 있고 특히 본 발명에서 목적하는 유무기 복합소재의 소수성 특성을 현저히 상승시킬 수 있다.
자가조립 단층막 형성을 위해 사용하는 소수성 코팅제 물질로는 표면에너지가 낮은 불소계 화합물이 바람직하며, HDFS(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)trichlorosilane) 및 FDTS(Perfluorodecyltrichlorosilane)에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
자가조립 단층막 형성은 플라즈마처리, 액상 증착 공정 및 기상 증착 공정에서 선택되는 하나 이상의 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
자가조립 단층막 형성 단계까지 완료하면 본 발명에서 목적하는 계층적 미세구조화 표면을 포함하는 유무기 복합소재를 얻을 수 있다.
본 발명의 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합소재 제조방법은 2종 이상의 복합 물질로 구현된 계층적 미세구조화 표면을 형성할 수 있다. 그리고 본 발명의 제조방법 공정원리는 하향식 및 상향식 제조방식이 혼합된 복합식의 새로운 제조방식으로서 종래의 하양식 및 상향식으로 구분되는 방법의 단점을 보완할 수 있다. 구체적으로 나노주형(nanotemplate)을 형성하는 나노템플레이팅(nanotemplating) 공정을 기반으로 하되 고분자 템플릿을 패터닝하는 하향식 공정과 무기 나노입자를 충진하는 상향식 공정이 순차적으로 분리되어 있어 계층적 미세구조화 표면이 가지는 서로 다른 크기의 표면 거칠기를 효과적으로 제어하고 반복 재현 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 다공성 고분자 템플릿에서 기인하는 수백 ㎚ 내지 수 ㎛ 수준의 미세거칠기는 하향식 공정인 나노패터닝 단게에서 광학적 설계에 의해 정밀하게 제어할 수 있고, 수 ㎚ 내지 수 십 ㎚ 수준의 보다 작은 미세거칠기는 상향식 공정인 무기 나노입자의 충진 단계에서 무기 나노입자의 종류나 직경의 취사 선택에 의해 제어할 수 있다. 즉 순차적인 제조 단계에서 각각의 단계를 독립적으로 제어할 수 있어 계층적 미세구조화 표면이 가지는 다양한 스케일의 미세거칠기를 효과적으로 조율할 수 있다.
이상의 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합소재 제조방법의 일 실시예를 도 1 및 도 2를 통해 보다 자세히 설명한다.
우선 기판(100) 위에 감광성 고분자막(110)을 형성하고 감광성 고분자막(110)에 포토마스크(120)를 접촉한다(S10). 감광성 고분자막(110)을 앞서 살펴본 바와 같이 다양한 방법으로 형성할 수 있고, 공정변수 조절에 따라 수 백 ㎚ 내지 수 백 ㎛의 두께로 형성할 수 있다. 감광성 고분자막(110)과 기판(100)의 접착력을 향상시키기 위해 기판(100)을 산소 또는 공기 플라즈마 장치로 전처리 또는 접착층을 형성하는 과정을 선택적으로 수행하거나, 플라즈마 전처리 및 접착층 형성 과정 모두를 수행할 수 있다. 감광성 고분자막(110) 형성이 끝나면 포토마스크(120)를 접촉한다. 포토마스크(120) 표면에는 광원을 회절시킬 수 있는 구조가 포함되어 있어 포토마스크(120)의 제조 설계에 따라 회절차수, 회절각도, 회절강도를 조절할 수 있다.
포토마스크 접촉 후, 포토마스크 상부에 광원(130)을 조사하여 나노패터닝(nanopatterning)을 통한 다공성 고분자 템플릿(210)을 제조할 수 있다(S20). 광원(130)으로는 X-ray, 자외선, 가시광선, 적외선을 포함하는 다양한 파장대의 전자기파를 사용할 수 있고, 바람직하게는 300 내지 400㎚ 범위의 파장을 사용할 수 있다. 광원을 조사할 때 총 노광량은 10 내지 20mJ/㎠의 범위 내에서 제어하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 광선을 조사한 후 현상(development) 및 건조 과정을 거치면 주기적인 미세기공 구조가 형성된 다공성 고분자 템플릿(210)을 준비할 수 있다. 현상에 앞서 감광성 고분자막(110)의 종류에 따라 핫플레이트나 오븐을 이용한 포스트베이킹(post-baking) 과정을 선택적으로 수행할 수 있다. 현상은 현상액에 포토레지스트 층을 침지하여 수행할 수 있으며 포토레지스트의 종류에 따라 적합한 현상액을 사용할 수 있다. 현상 과정은 에탄올, 아세톤, PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 등의 유기용매를 사용할 수도 있고 포토레지스트 전용 현상액을 사용하는 것이 바람직하다.
다공성 고분자 템플릿(210)은 포토마스크(120)를 투과한 광원(130)의 회절차수 간 간섭의 결과물로서 생성된다. 광원(130)이 포토마스크(120)를 투과하면서 발생한 회절차수들이 포토마스크(120) 바로 아래의 근접 영역(빛이 향하는 방향을 따라 다공성 고분자막과 접하는 부분)에서 서로 중첩되며 탈봇 효과(Talbot effect)에 의해 빛의 주기적인 3차원 분포가 발생한다. 빛의 주기적인 3차원 분포에 의해 다공성 고분자막(110)으로부터 다공성 고분자 템플릿(210)을 생성할 수 있다. 즉 노광 시 포토마스크(120)를 통과하는 빛의 보강과 상쇄가 발생하여 빛의 3차원 분포가 유도될 수 있고, 빛의 3차원 분포 형상에 의해 감광성 고분자막(110)이 다공성 고분자 템플릿(210)으로 가공될 수 있다. 예를 들어 위상마스크의 경우 표면에 단차 구조를 형성하여 입사광의 보강과 간섭을 조절할 수 있고, 위상마스크 아래의 근접 영역에서 빛의 3차원 분포 형상을 유도하여 고분자 내부에 나노패터닝을 일으킬 수 있다. 보다 구체적으로 다공성 고분자 템플릿(210)은 감광성 고분자막(110)으로부터 형성된 3차원 미세다공성 구조물로서, 주기적이고 정렬된 기공 배열을 가진 기공층이 복수개 포함된 구조물이다. 이는 노광 시 빛이 포토마스크(120)를 투과하면서 상쇄와 간섭을 거쳐 감광성 고분자막(110) 내에서 3차원적 분포를 형성하기 때문이다. 포토마스크(120)를 투과하면서 발생한 회절차수들이 포토마스크(1200 바로 아래의 근접 영역에서 서로 중첩되어 탈봇 효과에 의해 빛의 주기적인 3차원 분포를 발생시키고 감광성 고분자막(110)에 빛의 주기적인 3차원 분포에 따른 나노 구조가 형성되게 된다. 감광성 고분자막(110)이 네거티브톤일 경우 보강간섭에 의해 빛을 강하게 받은 부분이 선택적으로 가교되고, 감광성 고분자막이 포지티브톤일 경우 상대적으로 빛을 강하게 받은 부분은 현상(development) 과정에서 선택적으로 분해되어 제거될 수 있다.
이어서 다공성 고분자 템플릿(210) 내부에 무기 나노입자(310)를 조밀하게 충진하여 계층적 미세구조화 표면을 가지는 유무기 복합체(320)를 형성한다(S30). 무기 나노입자(310)의 직경은 다공성 고분자 템플릿(210)의 기공 직경보다 반드시 작은 것으로 사용해야 하고, 무기 나노입자(310)의 조밀한 충진을 위해서 무기 나노입자(310)를 용매에 분산한 무기 나노입자(310) 분산액을 준비할 수 있다. 무기 나노입자(310)를 분산하기 위한 용매는 물, 수용액 및 유기용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있고, 무기 나노입자(310)의 종류에 맞는 분산용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 무기 나노입자(310)의 직경 및 형태에 따라 템플릿 내 충진 후 생성되는 계층적 미세구조화된 표면의 거칠기 조절이 가능하고 이러한 거칠기 조절의 가능성은 본 발명에서 목적하는 유무기 복합소재의 표면 특성과 밀접하게 연관될 수 있다.
마지막 단계로 무기 나노입자(310)를 다공성 고분자 템플릿(210)에 충진한 후, 자가조립 단층막 코팅을 통한 표면처리 과정을 거쳐 계층적 미세구조화 표면을 포함하는 유무기 복합소재(410)를 완성한다(S40). 자가조립 단층막을 형성하는 표면처리 과정은 유무기 복합체(320)의 요철구조의 변형을 야기하지 않으면서 화학적으로 소수성을 보다 향상시킬 수 있다.
이상의 제조방법에 따라 제조한 유무기 복합소재(410)는 다공성 고분자 템플릿에서 유래한 표면과 다공성 고분자 템플릿 기공에 충진된 무기 나노입자로부터 유래한 표면을 포함하는 계층적 미세구조화 표면을 특징으로 한다
계층적 미세구조화 표면은 서로 구분되는 미세표면이 반복되기 때문에 다양한 크기의 미세거칠기가 공존할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면의 거칠기는 충진된 무기 나노입자에 의해 형성된 표면의 거칠기보다 크고, 서로 다른 미세거칠기가 반복되기 때문에 계층적 미세구조화 표면 전체에서 다양한 크기의 미세거칠기가 존재할 수 있다. 구체적으로 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면의 거칠기는 50㎚에서 1000 ㎚ 범위에서 조절된 미세거칠기를 가질 수 있다. 그리고 무기 나노입자에서 기인한 거칠기는 1nm에서 50nm 범위에서 조절된 미세거칠기를 가질 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재는 계층적 미세구조화 표면에 의해 우수한 소수성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 유무기 복합소재의 접촉각은 130˚이상이 될 수 있고, 130˚ 내지 150˚, 130˚ 내지 155˚ 또는 130˚ 내지 160˚의 초소수성 범위의 접촉각을 가진 계층적 미세구조화 표면을 구현할 수 있다.
본 발명의 유무기 복합소재는 다공성 고분자 템플릿을 형성한 후 다공성 고분자 템플릿의 정렬된 기공에 무기 나노입자를 충진하는 단계에 따라 제조된다. 무기 나노입자는 매우 조밀하게 충진되기 때문에, 무기 나노입자가 중친된 후 다공성 고분자 템플릿 내부의 기공은 사라지고 복연속성의 복합 구조가 발생할 수 있다. 그리고 무기 나노입자의 조밀한 충진에 의해 본 발명의 유무기 복합소재는 다공성 고분자 템플릿이 차지하는 영역과 나노입자로 충진된 영역이 서로 역상(inverse form)을 가질 수 있게 된다.
본 발명의 유무기 복합소재는 나노구조 기반의 고기능성 코팅 및 필름 제조에 적용할 수 있고 방수, 방오, 높은 마찰계수 등이 요구되는 기능성 소재에도 활용할 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조로서 본 발명을 실시예에 따라 한정하는 것은 아니다.
실시예에서 별도 정의되지 않는 부분은 본 발명이 속하는 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 의미, 규격, 수치, 분석 또는 측정방법(JIS, ISO, ASTM, 레이저현미경, 광학전기식 측정 등)에 따라 해석할 수 있다.
[실시예 1]
1. 다공성 고분자 템플릿의 제조
포토리소그래피 및 식각을 포함하는 일련의 반도체 공정을 통하여 직경 480㎚, 주기 600㎚, 단차 높이 400㎚인 사각 배열 홀 패턴이 새겨진 실리콘 마스터를 제작하고, 이후 연속적인 패턴 전사 공정을 통하여 PDMS(polydimethylsiloxane) 기반의 위상마스크를 준비하였다.
다공성 고분자막 형성을 위한 기판은 약 170㎛ 두께의 커버 글라스를 선정하였다. 아세톤, 에탄올 및 초순수를 이용하여 기판을 간단히 세척 후, 에어 플라즈마 장치(CUTE, Femto Science, Inc.)를 활용하여 45mTorr, 100W의 조건에서 10분 동안 전처리하였다. 이후, 다공성 고분자막의 현상 과정에서 발생할 수 있는 기판과 3차원 다공성 고분자 템플릿의 박리를 방지하기 위하여, 에폭시 기반의 네거티브톤 포토레지스트인 SU-8(Kayaku Advanced Materials, Inc.)을 2㎛ 두께로 얇게 스핀코팅하고 완전히 가교 후 180℃에서 하드 베이킹 하였다.
얇은 SU-8 접착층이 형성된 기판 위에 근접장 나노패터닝에 직접적으로 활용될 13㎛ 두께의 SU-8을 스핀코팅 후 핫플레이트 위에서 소프트 베이킹 하여 다공성 고분자막을 형성하였다. 이렇게 준비된 PDMS 기반의 위상 마스크와 다공성 고분자막을 접촉한 후 1in2 면적으로 평행시준 된 355㎚ 파장의 나노초 펄스 레이저(FOTIA-355, Advanced Optowave, Inc.)를 위상 마스크 면에 입사하였다. 이 때 총 노광량은 13~15 mJ/cm2 정도로 제어하였다. 이후 포스트 베이킹, 현상, 헹굼, 건조로 이어지는 연속적 과정을 통해 1in2 면적의 3차원 다공성 고분자 템플릿을 성공적으로 제작하였다.
시편의 미세구조 이미지는 전계방출 주사전자현미경(JSM-6701F, JEOL)을 활용하여 5~15kV의 가속전압으로 획득하였다(도 3).
도 3을 살펴보면 한 번의 노광으로 13㎛ 두께의 다공성 고분자 막에 미세기공의 주기적인 배열을 포함하는 12층의 기공층이 형성된 다공성 고분자 템플릿을 확인할 수 있다. 도 3의 상부 주사전자현미경 이미지(도 3(a))를 통해 템플릿 표면에 주기적인 미세거칠기가 형성된 것을 확인할 수 있으며, 단면 주사전자현미경 이미지(도 3(b))을 통해 다공성 고분자 템플릿 내부에 무기 나노입자가 충진될 수 있는 직경 50㎚ 내지 1000㎚의 균일한 크기의 열린 미세기공이 공간 상에 규칙적이면서 조밀하게 분포된 것을 확인할 수 있었다. 그리고 BCT(Body-Centered-Tetragonal) 형태의 단위셀이 다공성 고분자 템플릿을 이루어 네트워크를 이룬 기공 구조를 형성하였으며, 단위셀의 평면 주기는 약 600㎚, 수직 주기는 약 2.3㎛ 로 확인되었다.
2. 무기 나노입자 충진
평균 22㎚ 직경의 콜로이달 실리카(이산화규소) 나노입자가 물에 50wt%(중량%)의 농도로 균질 분산된 용액(LUDOX® TM-50, Merck, Inc.)을 구매 후 희석하여 1wt% 농도의 실리카 나노입자 분산액을 준비하였다. 근접장 나노패터닝을 통해 준비된 다공성 고분자 템플릿의 소수성 표면을 친수성으로 변환하기 위해서 에어 플라즈마 장치를 활용하여 45 mTorr, 100W의 조건에서 40초 동안 짧게 전처리하였다. 이후, 50㎖의 비커에 실리카 나노입자 분산액을 가득 채운 후 친수성 표면처리 된 다공성 고분자 템플릿을 담갔다 빼낸 후 자연 건조하였다. 이 과정을 수차례 반복하여 다공성 고분자 템플릿 내 실리카 나노입자의 조밀한 충진을 달성하였다.
시편의 미세구조 이미지는 전계방출 주사전자현미경(JSM-6701F, JEOL)을 활용하여 획득하였고, 성분 분포를 전계 방출 주사전자현미경(MAIA 3 LM, TESCAN, INC.)에 장착된 EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 시스템을 활용하여 분석하였다(도 4).
주사전자현미경 이미지(도 4 (a))를 살펴보면, 근접장 나노패터닝을 통해 준비된 3차원 미세다공성 템플릿의 기공 크기보다도 훨씬 작은 나노입자가 매우 조밀하게 충진되어 원래 템플릿의 다공성 구조가 사라지고 복연속성 복합 구조가 발생했음을 확인할 수 있다. 다음으로, EDS를 통해 분석한 성분 매핑 결과를 살펴보면, 다공성 고분자 템플릿을 구성하는 SU-8의 주요 성분인 탄소(C)가 존재하는 영역(도 4(b))과 실리콘의 주요 성분인 규소(Si)가 위치하는 영역(도 4(c))이 상호 반전된 역상(inverse form)으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 템플릿의 기공 틈새에 나노입자가 조밀하게 충진되어, 탄소 성분을 다량 포함하는 에폭시 기반의 다공성 고분자 템플릿(SU-8)이 노출된 부분과 실리카 나노입자가 노출된 부분이 대면적 상에서 교대로 존재함을 의미한다. 산소 성분(도 4(d))은 다공성 고분자막(SU-8) 및 실리카 나노입자에 공통적으로 포함되어 있기 때문에 전 영역에 분포하고 있음을 보여준다.
분석을 통해 계층적 미세표면화 표면 구조를 확인할 수 있고, 계측정 미세표면화 구조는 다공성 고분자 템플릿으로부터 유래한 표면과 실리카의 충진으로 형성된 표면이 서로 반복되어 형성됨을 확인할 수 있다. 다공성 고분자 템플릿에서 유래한 표면의 거칠기(50㎚ 내지 1000㎚의)와 실리카 충진으로 형성된 표면의 거칠기(1㎚ 내지 50㎚의)의 상이하기 때문에, 서로 다른 거칠기가 공존하는 구조적 효과로 인해 높은 소수성을 달성할 수 있다.
3. 자가조립 단층막 코팅 및 유무기 복합소재의 완성
실리카 나노입자의 충진이 끝난 다공성 고분자 템플릿을 완전히 건조하여 준비하였다.
다공성 고분자 템플릿을 데시케이터(desiccator) 안에 넣고 20㎕의HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)trichlorosilane) 용액을 처리하고 증발시켜, 시편 표면에 소수성의 자가조립 단층막(self-assembled monolayer, SAM)을 형성하여 고분자/세라믹 유무기 복합소재를 완성하였다.
고분자/세라믹 유무기 복합소재 시편을 준비하고, 대조군으로 간단한 세척을 마친 유리 기판, 다공성 고분자막 형성에 사용된 SU-8 필름이 얇게 코팅된 유리 기판, 근접장 나노패터닝을 통해 3차원 나노구조화된 SU-8 필름이 코팅된 유리 기판을 준비하였다.
각각의 시편의 물에 대한 젖음성은 접촉각 측정기(DSA100, Kruss, Inc.)를 활용하여 평가하였다(도 5, 도 6, 도 7). 접촉각 고니오미터 시스템을 이용하여 실제로 촬영된 물방울의 접촉 형상과 수치적으로 평가된 접촉각 데이터를 얻었다. 접촉각 데이터는 분석의 신뢰도를 보장하기 위하여 각 시편 내 서로 다른 위치에서 7번 반복 측정 후 측정값의 평균으로 나타내었다.
간단한 세척을 마친 일반적인 유리 기판 위에 약 2㎕의 물방울을 떨어트렸을 때 평균 접촉각은 31.5도로 측정되었다. 에폭시 기반의 포토레지스트인 SU-8 필름을 코팅한 이후에는 접촉각이 73.4도로 2배 이상 상승하였다. 코팅된 SU-8을 근접장 나노패터닝을 통해 3차원 미세다공성 구조화한 이후에는 표면에 존재하는 수백 ㎚ 수준의 미세거칠기로 인하여 약 121도의 높은 접촉각을 나타내었다.
고분자/세라믹 유무기 복합소재 시편의 경우, 다공성 고분자 템플릿에서 기인하는 수백 ㎚ 수준의 미세거칠기와 함께, 조밀하게 충진된 실리카 나노입자에서 기인하는 수 ㎚ 수준의 나노거칠기의 공존으로 인해 접촉각은 더욱 상승하여 137도 정도의 강화된 소수성을 나타내었다. 이는 다양한 스케일의 미세구조가 복합적으로 존재할 때 단일 거칠기를 갖는 표면에서 보다 소수성이 더욱 향상되는 것을 보여준다.
100: 기판
110: 감광성 고분자막
120: 포토마스크
130: 광원
210: 다공성 고분자 템플릿
310: 충진된 무기 나노입자
320: 고분자/무기 복합체
410: 자가조립 단층막이 코팅된 고분자/무기 복합소재
110: 감광성 고분자막
120: 포토마스크
130: 광원
210: 다공성 고분자 템플릿
310: 충진된 무기 나노입자
320: 고분자/무기 복합체
410: 자가조립 단층막이 코팅된 고분자/무기 복합소재
Claims (10)
- 기판 위에 감광성 고분자막을 형성하고 포토마스크를 접촉하는 단계;
상기 포토마스크에 광원을 조사하여 3차원 네트워크형 기공 구조를 가지는 다공성 고분자 템플릿을 제조하는 단계;
상기 다공성 고분자 템플릿의 기공에 무기 나노입자를 충진하여 상기 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면으로 구분되는 계층적 미세구조화 표면을 형성하는 단계; 및
상기 계층적 미세구조화 표면에 자가조립 단층막 형성을 위한 소수성 코팅제를 처리하는 단계;
를 포함하는 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 나노입자의 직경은 상기 고분자 템플릿의 내부 기공 직경보다 작은 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 계층적 미세구조화 표면의 거칠기는 상기 다공성 고분자 템플릿에서 기인한 표면의 거칠기가 상기 무기 나노입자에 의해 형성된 표면의 거칠기보다 더 큰 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 고분자 템플릿을 제조하는 방법은 콜로이달 자기조립(colloidal self-assembly), 블록공중합체 리소그래피(block copolymer lithography), 직접 레이저 쓰기(direct laser writing), 스테레오리소그래피(stereolithography), 직접 잉크 쓰기(direct ink writing), 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography), 근접장 나노패터닝(proximity field nanopatterning) 및 위상 마스크 리소그래피(phase mask lithography)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 포토마스크는 위상 마스크(phase mask) 및 진폭 마스크(amplitude mask)에서 선택되는 하나 이상인 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 나노입자는 산화규소, 이산화규소, 이산화티타늄, 인듐 주석 산화물, 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 구리, 니켈, 백금, 금, 은 및 동으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 나노입자를 충진하는 방법은 나노입자 분산액을 딥코팅(deep coating), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 랭뮤어 블라젯(Langmuir Blodget)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법인 유무기 복합소재의 제조방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 만들어진 유무기 복합소재로서, 접촉각이 130˚ 내지 160˚인 유무기 복합소재.
- 제8항에 있어서,
상기 유무기 복합소재는 다공성 고분자 템플릿의 내부 기공에 무기 나노입자가 충진된 유무기 복합소재로서,
상기 다공성 고분자 템플릿에서 유래한 표면과 충진된 나노입자에 의해 형성된 표면으로 구분되는 계층적 미세구조화 표면을 가지고, 상기 다공성 고분자 템플릿에서 유래한 표면의 거칠기가 상기 무기 나노입자에 의해 형성된 표면의 거칠기보다 더 큰 유무기 복합소재.
- 제9항에 있어서,
상기 유무기 복합소재에서 상기 다공성 고분자 템플릿이 차지하는 영역과 상기 나노입자로 충진된 영역이 서로 역상(inverse form)인 유무기 복합소재.
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