(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) C23C 26/00 (2006.01) C23C 16/50 (2006.01) C23C 14/40 (2006.01) C23C 14/46 (2006.01) (21) 출원번호 10-2013-0027452 (22) 출원일자 2013 년 03 월 14 일 심사청구일자 전체청구항수 : 총 14 항 2013 년 03 월 14 일 (11) 공개번호 10-2014-0112848 (43) 공개일자 2014 년 09 월 24 일 (71) 출원인 한국과학기술연구원 서울특별시성북구화랑로 14 길 5 ( 하월곡동 ) (72) 발명자 문명운 서울특별시관악구관악로 125, 102 동 1003 호 ( 봉천동, 삼성아파트 ) 김성진 서울특별시성북구화랑로 14 길 5, B 동 301 호 ( 하월곡동, 한국과학기술연구원기숙사 ) ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 박장원 (54) 발명의명칭친수성이향상된알루미늄표면의제조방법및친수성알루미늄표면체 (57) 요약 본발명의일실시예에따른친수성알루미늄표면의제조방법은, 반응성가스를이용하여알루미늄 (aluminu m) 의표면을도핑 (doping) 처리하여활성화된표면을갖는도핑 - 알루미늄을제조하는활성화단계, 그리고상기도핑 - 알루미늄을산화시켜상기알루미늄의표면에침상, 판상또는점 (dot) 형상의나노돌기구조를포함하는나노패턴을형성하는구조형성단계를포함한다. 상기방법에의하면, 소수성을띄는알루미늄을인공적으로친수성또는초친수성알루미늄으로제조할수있고, 시효효과가거의나타나지않고오랫동안친수성알루미늄표면특성이유지되는알루미늄표면체를제공할수있다. 대표도 - 도 1
(72) 발명자 이헌주 경기도용인시기흥구향린 1 로 88 번길 6-13, A 동 204 호 ( 동백동, 청라빌라 ) 유의선 서울특별시성북구화랑로 111-8, 603 호 ( 하월곡동 ) 고태준 서울특별시관악구남부순환로 1805, 901 호 ( 봉천동, 에이스에이존 ) 오규환 서울특별시서초구신반포로 15 길 19, 110 동 202 호 ( 반포동, 신반포아파트 ) 이광렬 서울특별시서초구신반포로 33 길 15, 103 동 2010 호 ( 잠원동, 동아아파트 ) 이발명을지원한국가연구개발사업 과제고유번호 1415123476 부처명 지식경제부 연구관리전문기관 한국산업기술평가관리원 연구사업명 글로벌전문기술개발 ( 주력, 신산업 ) 연구과제명 자연모사응용스마트물 / 용제순환기술 기여율 1/1 주관기관 한국기계연구원 연구기간 2012.04.01 ~ 2013.03.31
특허청구의범위청구항 1 반응성가스를이용하여알루미늄 (aluminum) 표면의일부또는전부를도핑 (doping) 처리하여활성화된표면을갖는도핑-알루미늄을제조하는활성화단계, 그리고상기도핑-알루미늄을산화시켜상기알루미늄표면의일부또는전부에나노돌기구조를포함하는나노패턴을형성하여친수성알루미늄표면을제조하는구조형성단계를포함하는, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 2 제1항에있어서, 상기도핑처리는대기압플라즈마처리법, 플라즈마 (plasma) 화학기상증착법, 이온빔 (ion beam) 증착법, 플라즈마이온주입법또는스퍼터 (sputter) 공정을이용하는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 3 제1항에있어서, 상기도핑-알루미늄은알루미늄표면의일부또는전부가 F, Cl 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나의원소로도핑된것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 4 제1항에있어서, 상기반응성가스는, CHF 3, C 2 F 6, C 2 Cl 2 F 4, C 3 F 8, C 4 F 8, SF 6 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나를포함하는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 5 제1항에있어서, 상기도핑처리는, 2 Pa 내지 10 Pa의압력과 100 W 내지 300 W의전원조건에서수행되는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 6 제1항에있어서, 상기도핑처리는, RF(radio frequency) 전원을이용한플라즈마화학증착법 (PACVD, Plasma-assisted chemical vapor deposition) 으로수행되는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 7 제1항에있어서, 상기구조형성단계에서의산화는물을포함하는반응액또는이의증기와상기도핑-알루미늄이접촉하여이루어지는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 8 제7항에있어서, 상기구조형성단계에서의산화는, 70 내지 90 의상기반응액또는이의증기와상기도핑-알루미늄이접촉하여이루어지는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법.
청구항 9 제1항에있어서, 상기나노돌기구조는침상, 판상또는점형상의나노돌기를포함하고, 상기나노돌기는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나를포함하는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 10 제1항에있어서, 상기친수성알루미늄표면은순수 ( 純水 ) 를이용한접촉각이 10도이하인초친수성을가지는것인, 친수성알루미늄표면의제조방법. 청구항 11 표면의일부또는전부에나노돌기구조를포함하는나노패턴이형성된알루미늄으로, 상기나노돌기구조는침상, 판상또는점형상의나노돌기를포함하는것으로, 상기침상또는판상의나노돌기는높이가 10 nm 내지 100 nm인것이며, 상기나노돌기는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나를포함하는것인, 친수성알루미늄표면체. 청구항 12 제11항에있어서, 상기알루미늄의표면은, 순수를이용하여측정한접촉각이 10도이하인초친수성을가지는것인, 친수성알루미늄표면체. 청구항 13 제11항에따른친수성알루미늄표면체를포함하는제습기. 청구항 14 제11항에따른친수성알루미늄표면체를포함하는수분수집기. 명세서 [0001] 기술분야본발명은친수성이향상된알루미늄표면의제조방법및친수성알루미늄표면체에관한것으로, 열교환기튜브 (tube), 휜 (Fin) 등에사용되는알루미늄에젖음성 (wettability) 이현저히낮을뿐만아니라순수 (deionized water) 와같은유체의접촉각 (contact angle) 이작은친수성또는초친수성알루미늄표면을인공적으로제조하는방법및그표면체에관한것이다. [0002] [0003] 배경기술습도가높고온도가높은환경에서, 공기중의수분을제거하는제습등에사용되는소재의개발은, 에너지저감및제습능력향상에있어서매우중요한연구내용이다. 특히가정뿐만아니라산업현장에서의습기는, 부품과장비의고장을일으키는가장중요한요인이다. 그러나, 현재의제습시스템은환경의유해성을일으키는프레온가스를사용하거나높은온도의가열이필요한흡착제를사용하고있어제품의단가를높이고환경을오염시키고있는실정이다. 에너지사용량을저감시키고제습효율을향상시키기위해서는, 제습기나열교환기의표면에사용되는소재인알루미늄과같은소재표면에, 습기가잘붙을수있는친수특성을가지게하는것이중요하며, 또한, 소재에부여된친수성에대한지속적내구성을가지는표면소재의개발이강조되고있다.
[0004] [0005] [0006] [0007] [0008] 순수 (pure water) 와의친화도가좋은친수성표면또는초친수성표면은, 집수 (water harvesting) 용, 흐림방지 (anti-fog) 용, 항균 (anti-bacteria) 용또는세포를성장시키기위한용도로, 또는재료표면의특성을개질하여다른재료와의접합특성을향상시킬목적으로지속적으로연구되고있다. 재료의표면에이러한친수성또는초친수성표면을형성시키는방법으로는습식식각 (wet etching), UV 처리또는플라즈마 / 이온처리등이이용된다. 특히, 표면의거칠기를증가시키고, 친수성성질을가진재료를이용하여표면화학적성질을조절하면, 친수또는초친수표면을얻을수있다고알려져있다. 다양한소재및박막표면에서이러한친수특성을구현하려는시도가이루어지고있으나, 표면친수성은쉽게사라지는단점이있다. 이는, 친수표면의표면에너지가상대적으로높아서, 표면에너지를낮추기위하여공기중의물분자또는탄화수소와같은미세입자와쉽게결합하려는경향을가지게되고, 이러한결합이이루어지면표면에너지가낮아지면서친수성이상실되는것이다. 이때문에종래에알려져있는방법에의한대부분의친수또는초친수처리는수시간또는수일내에효과가상실되므로, 친수또는초친수특성이오랫동안유지되도록하는연구가다양하게진행되고있다. 산소또는질소플라즈마등으로처리된표면은친수성이증가하지만표면이열역학적으로불안정하여소수성으로되돌아가려는성질때문에시효효과 ( 시효효과, aging effect) 가나타나는것으로알려져있다 [Roy et al, Diamond and Related Materials, 16 (2007), 1732-1738]. 시효효과를방지하는기술은생체에대한적용이필요한분야에대한응용은물론, 욕실의거울, 추운겨울에쓰는안경, 자동차유리등의김서림등을억제하는코팅기술등에사용될수있다. 또한, 냉동기의증발기표면의열전달효율을높일수있는기술이나, 공조기의제습기표면과같이습도를제어하는열교환기휜등에사용되는등다양한분야에응용이가능한표면이될수있다. 또한, 배관의내관에적용될경우, 세균증식을억제하고유속저항을감소시키는등특수위생배관등의적용도가능하다. 최근에개발된초친수성표면제작방법으로는 TiO 2 코팅을증착하여나노크기의기공이많은재료를개발하 는방법, TiO 2 입자, SiO 2 입자등의나노크기의입자를적절한비율로혼합하여친수성표면을제작하는방법등이있다 [FC Cebeci, Langmuir 22 (2006), 2856]. 그러나, 이러한방법으로제작된표면소재는대면적화나대량생산이쉽지않은단점이있으며, 코팅물질과모재 ( 母材, base material) 와의접착력등도문제가있을수있다. [0009] [0010] [0011] 냉동기나공조시스템의열교환기 ( 증발기 ) 의경우, 시스템의성능이나효율은열교환기의열전달면적에비례한다. 이에여러가지형태의휜을부착하여열전달면적을늘여준다. 냉동이나제습시스템에서그성능및효율을떨어뜨리는가장문제는증발기표면의결로 ( 서리 ) 현상으로써, 응축하여생긴액적 (droplet) 이얼어서열교환면적을줄이거나, 휜과휜사이에액적들이엉겨붙어공기측유로를막음으로써열교환유량을떨어뜨리고, 송풍기부하를증가시키게된다. 뿐만아니라, 열교환이원활하지못하게되어증발기외부표면에계속적인결로현상으로공기측유로가막히고, 송풍기과부하등고장의원인이되며, 심한경우에는시스템이멈추게된다. 이에, 외부로부터부과적인열을공급하여제상 (defrosting) 하거나, 주기적으로냉매를역순환시켜증발기를가열하여제상하는등부과적인에너지공급으로시스템효율을떨어뜨리는문제가있어왔다. 이에, 증발기외부표면을친수성으로처리하여열교환기표면에액적생성을억제하며, 항시균일한얇은수막을형성하여일정한열교환성능을유지시켜줄수있는해법이연구되어왔다 [C.CWang, International Journal of Heat and MassTransfer 41 (1998), 3109]. 위의냉동기나공조기와같은원리로, 액체식제습액을사용하지않는제습기에포함되고그표면에서응축이일어나수분을포집하는증발기에있어서도, 증발기의표면이친수성으로처리되었을경우제습기성능과효율이높아진다 [G-R Kim, Experimental Thermal and Fluid Science 27 (2002), 1-10]. 그러나, 친수성표면처리의내구성문제가항시대두되어왔으며, 친환경적이며처리비용이저렴한친수성표면처리기법이요구되어왔다. 이에본발명은그처리공정이친환경적이며, 기존에어떠한표면처리기법보다도내구성이향상되며, 비교적간단한장비로형상에관계없이표면처리가가능한기법을제시한다. 발명의내용 [0012] 해결하려는과제 본발명의목적은친수성이향상된알루미늄표면의제조방법및친수성알루미늄표면체를제공하는것으로,
상기알루미늄표면체는순수 ( 물 ) 와의접촉각이작은친수성을가지며, 이러한친수성특성이지속성을가지 는알루미늄소재를제공하는것이다. [0013] [0014] [0015] [0016] 과제의해결수단상기목적을달성하기위하여, 본발명의일실시예에따른친수성알루미늄표면의제조방법은, 반응성가스를이용하여알루미늄 (aluminum) 표면의일부또는전부를도핑 (doping) 처리하여활성화된표면을갖는도핑- 알루미늄을제조하는활성화단계, 그리고상기도핑-알루미늄을산화시켜상기알루미늄표면의일부또는전부에나노돌기구조를포함하는나노패턴을형성하여친수성알루미늄표면을제조하는구조형성단계를포함한다. 상기도핑처리는대기압플라즈마처리법, 플라즈마 (plasma) 화학기상증착법, 이온빔 (ion beam) 조사법, 플라즈마이온주입법또는스퍼터 (sputter) 공정을이용하는것일수있다. 상기도핑-알루미늄은알루미늄의표면이 F 나 Cl 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나의원소로도핑된것일수있다. 상기반응성가스는, CHF 3, C 2 F 6, C 2 Cl 2 F 4, C 3 F 8, C 4 F 8, SF 6 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하 나를포함하는것일수있다. [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] 상기도핑처리는, 2 Pa 내지 10 Pa의압력과 100 W 내지 300 W의전원조건에서수행되는것일수있다. 상기도핑처리는, RF(radio frequency) 전원을이용한플라즈마화학증착법 (PACVD, Plasma-assisted chemical vapor deposition) 으로수행되는것일수있다. 상기구조형성단계의산화는물을포함하는반응액또는이의증기와상기도핑-알루미늄이접촉하여이루어지는것일수있다. 상기구조형성단계에서의산화는, 70 내지 90 의상기반응액또는이의증기와상기도핑-알루미늄이접촉하여이루어지는것일수있다. 상기나노돌기구조는침상, 판상또는점 (dot) 형상의나노돌기를포함하고, 상기나노돌기는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나를포함하는 것일수있다. [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] 상기친수성알루미늄표면은순수를이용한접촉각이 10도이하인초친수성을가지는것일수있다. 본발명의다른일실시예에따른친수성알루미늄표면체는, 표면의일부또는전부에나노돌기구조를포함하는나노패턴이형성된알루미늄으로, 상기나노돌기구조는높이가 10 nm 내지 100 nm인침상, 또는판상이거나점 (dot) 형상의나노돌기를포함한것이다. 상기나노돌기는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나를포함하는것일수있다. 상기알루미늄의표면은, 순수를이용하여측정한접촉각이 10도이하인초친수성을가지는것일수있다. 본발명의또다른일실시예에따른제습기는상기친수성알루미늄표면체를포함한다. 본발명의또다른일실시예에따른수분수집기는상기친수성알루미늄표면체를포함한다. [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] 이하, 본발명을보다상세하게설명한다. 본발명은, 순수 ( 물 ) 와의접촉각이작으며, 이러한작은접촉각이시효효과의영향을받지않고지속성을가지는표면의알루미늄소재를제조하는방법및그알루미늄표면체에대한것이다. 본발명에서알루미늄이라함은, 그형상이나두께, 다른소재와의결합여부와상관없이, 알루미늄을포함하여이루어진재료및물품을의미하며, 순수한알루미늄으로이루어진소재로한정하는것은아니다. 본발명의일실시예에따른친수성알루미늄표면의제조방법은, 활성화단계, 그리고구조형성단계를포함한다. 상기활성화단계는, 반응성가스를이용하여알루미늄 (aluminum) 의표면을도핑 (doping) 처리하여활성화된표
면을갖는도핑 - 알루미늄을제조하는과정을포함한다. [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] 상기도핑-알루미늄은알루미늄의표면이 F, Cl 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나의원소로도핑된것일수있고, 이렇게알루미늄의표면이활성화되면, 이후구조형성단계에서표면산화반응에의하여침상, 판상또는점형상의나노돌기구조를형성할수있다. 상기도핑처리는, 상기알루미늄의표면에상기원소들을도핑되어도핑-알루미늄이제조될수있는것이라면적용할수있으나, 바람직하게, 반응성가스를이용한플라즈마, 이온빔, 또는스퍼터공정을이용할수있다. 상기플라즈마공정은, 대기압플라즈마증착법, 플라즈마화학증착법, 이온빔증착법, 플라즈마주입법등이적용될수있다. 상기도핑처리를위해서, 플라즈마화학증착법 (PACVD, Plasma-assisted chemical vapor deposition) 이적용될수있으며, 이는도핑하려는전구체를플라즈마형태로변환한후알루미늄과같은기판표면에증착혹은도핑하는방법으로, 이를적용하는경우에는증착혹은도핑시공정변수를쉽게제어할수있으며, 기존습식공정에비해서유해성이현저히줄어드는유리한효과를얻을수있다. 상기도핑처리는, 2 Pa 내지 10 Pa의압력과 100 W 내지 300 W의전원조건에서수행되는것일수있다. 상기압력및전원의조건에서이루어지는경우에는코팅공정변수의정확한제어가가능하여표면활성처리가안정적으로이루어질수있다. 상기반응성가스는, CHF 3, C 2 F 6, C 2 Cl 2 F 4, C 3 F 8, C 4 F 8, SF 6 및이들의조합으로이루어진군에서선택된어느하 나를포함하는것일수있다. 상기반응성가스를상기도핑처리에이용하는경우에는, 알루미늄표면에도 핑이더효과적으로이루어질수있다. [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] 상기구조형성단계는, 상기도핑-알루미늄을산화시켜상기알루미늄의표면에나노패턴을형성하는과정을포함한다. 상기나노패턴은나노돌기구조를포함하는것이고, 상기나노돌기구조는복수개의나노돌기가형성되어있는구조이며, 상기나노돌기는침상, 판상또는점형상의형태를가진것일수있다. 상기구조형성단계의산화는물을포함하는반응액또는이의증기와상기도핑-알루미늄이접촉하여이루어지는것일수있다. 상기물은, 증류수, 탈이온수및이들의조합을포함하는것일수있으며, 상기반응액은물로이루어진것이거나, 물과함께산, Cl을포함하는염 (salt) 및이들의조합을포함하여이루어진것일수있다. 상기 Cl을포함하는염으로는예를들어염화나트륨 (NaCl) 이적용될수있다. 상기활성화단계를거친알루미늄의표면은, 도핑처리에의하여그표면이산화되기쉬운상태가된다. 이렇게, 도핑에의하여전기화학적으로산화반응이촉진된알루미늄의표면은, 물을포함하는반응액또는이의증기와의접촉에의하여그표면에침상의나노돌기가형성된나노돌기구조인나노패턴을형성한다. 그리고, 반응액또는그증기에포함된물또는수증기와의도핑알루미늄표면이접촉하면서산화반응이일어나고, 상기침상의나노돌기들이자라나면서판상의나노돌기가빽빽하게형성된나노돌기구조의나노패턴이형성될수있다. 특히, 물을포함하는반응액내에서상기구조형성단계가이루어지는경우에는, 알루미늄표면에형성된산화알루미늄이반응액에존재하는기포에의해서공격받아나노돌기구조형성이촉진될수있다. 상기반응액또는그의증기는, 바람직하게 70 내지 90 인것일수있다. 상기나노돌기구조는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이들의조합으로이루어진군 에서선택된어느하나를포함하는것이고, 보헤마이트, 산화알루미늄및이들의조합으로이루어진군에서 선택된어느하나로이루어진것일수있다. [0043] [0044] 상기나노돌기가침상인경우에는, 그길이방향이알루미늄의표면과실질적으로수직하고, 길이방향의일끝단은알루미늄의표면과화학적으로결합되어있으며, 다른일끝단은친수화알루미늄의표면을이루면서공기와접해있는구조를가진다. 또한, 상기나노돌기구조가판상 (nano-flake) 인경우에는, 알루미늄의표면과실질적으로수직한높이방향의일끝단은알루미늄과화학적으로결합되어있고, 다른일끝단은친수화처리된알루미늄표면체의표면을이루면서공기와접해있는구조로, 상기판상인나노돌기구조의형상은나뭇잎이나꽃잎과유사한형태이다. 또한, 상기판상의나노돌기구조는공기와접하는끝단부분이톱니형상을가진것일수있다. 상기알루미늄의표면이, 이와같은나노돌기구조를포함하는나노패턴으로이루어진경우에는, 미세한나
노패턴에의하여소수성인알루미늄표면이친수성으로변화한다. 또한, 상기나노패턴은내구성이우수하 고화학적으로안정하여, 친수성이오랫동안유지될수있다. [0045] [0046] [0047] [0048] 상기나노돌기는, 침상인경우에는높이가 10 nm 내지 100 nm인것일수있고, 판상인경우에는그높이가 10 nm 내지 100 nm이고, 폭이 10 nm 내지 100 nm인것일수있다. 상기친수성알루미늄표면의제조방법에의하여처리된알루미늄은순수를이용한접촉각이 20도이하인친수성인표면을가지는것일수있고, 10도이하인초친수성표면을가지는것일수있다. 상기친수성알루미늄표면의제조방법에의하면, 친수성폴리머등의별도의첨가물을코팅한코팅막을형성하지않고도, 소수성을띄는알루미늄을인공적으로친수성또는초친수성알루미늄으로제조할수있다. 이렇게처리된친수성또는초친수성알루미늄은, 향상된제습기능을가지며, 집수 (water harvesting) 용, 흐림방지 (anti-fog) 용, 자기세정, 항균 (anti-bacteria) 용또는세포를성장시키기위한용도로활용될수있다. 또한, 상기제조방법에의하여처리한친수성알루미늄은시효효과가거의나타나지않고오랫동안친수성특성이유지되며, 친수성코팅제를사용하지않으면서도친수성표면을얻을수있다. 나아가, 대면적알루미늄에적용이가능한방법이면서도상대적으로저진공또는상압에서공정이가능하여대랑생산이가능한방법이며, 산성용액과같은유독물질의사용을최소화하여친환경적인방법으로친수성알루미늄을제공할수있다. 본발명의다른일실시예에따른친수성알루미늄표면체는, 그표면의일부또는전부에나노돌기구조를포함하는나노패턴이형성된알루미늄이다. 상기나노돌기구조는, 높이가 10 nm 내지 100 nm의침상, 또는판상의나노돌기를포함하며, 상기나노돌기는보헤마이트 {boehmite, ALO(OH)}, 산화알루미늄 (Al 2 O 3 ) 및이 들의조합으로이루어진군에서선택된어느하나가포함될수있으며, 이들로이루어진것일수있다. [0049] [0050] [0051] 상기나노돌기구조가판상인경우에는그폭이 10 nm 내지 100 nm인것일수있다. 또한, 상기친수성알루미늄표면체는순수를이용하여측정한접촉각이 20도이하인친수성을가진것일수있고, 10도이하인초친수성을가진것일수있다. 상기친수성알루미늄표면체는, 알루미늄표면의미세구조를제어하는기술로친수화처리된것이므로, 단순한코팅이나표면활성화처리와비교하여월등하게오랫동안친수성또는초친수성이유지될수있다. 아울러, 알루미늄의표면과화학적으로결합된나노패턴에의하여친수성이부여되는것이고, 이러한나노패턴은에너지적으로안정하여, 친수성알루미늄표면체의내구성도우수하다. 본발명이또다른일실시예에따른제품은상기친수성알루미늄표면체를포함한다. 상기제품은, 친수성알루미늄표면이부품의전부또는일부에적용되는것이라면족한데, 공업용또는가정용제습기 ; 위생배관 ; 감이서리지않는거울또는유리 ; 에어컨, 냉장고, 냉동고와같은각종열교환기 ; 와같은제품이이에해당한다. [0052] 발명의효과본발명의친수성알루미늄표면의제조방법및친수성알루미늄표면체는, 접촉각이작아소수성을띄는알루미늄을인공적으로친수성또는초친수성알루미늄으로제조할수있고, 시효효과가거의나타나지않고오랫동안친수성이유지되는알루미늄표면체를제공할수있다. 또한, 친수성코팅제를사용하지않으면서도알루미늄표면에우수한친수성을부여할수있다. 상기제조방법은, 대면적알루미늄에적용이가능한방법이면서도상대적으로저진공또는상압에서공정이가능하여대랑생산이가능한방법이며, 산성용액과같은유독물질의사용을최소화하여친환경적인방법이다. [0053] 도면의간단한설명 도 1 은본발명의일실시예에따른친수성알루미늄표면의제조방법을설명하는개략도이다. 도 2는친수성알루미늄표면처리가되지않은일반적인알루미늄표면의접촉각을촬영한사진 ( 위 ) 과본발명에의한친수성알루미늄표면처리를한알루미늄표면의접촉각을촬영한사진 ( 아래 ) 이다. 도 3은도 2의 ( 위 ) 에해당하는일반적인알루미늄 ( 순도 Al=99.9%) 의표면을대하여촬영한전자현미경사진이다. 도 4는도 2의 ( 아래 ) 에해당하는판상의나노돌기구조 (nano-flake 형태 ) 가형성된알루미늄표면을확대하
여촬영한전자현미경사진이다. 도 5는상기도 3의사진을더욱확대하여꽃잎형태의구조가관찰되는전자현미경사진이다. 도 6은본발명의일실시예에따른나노돌기구조가형성된알루미늄표면을플라즈마도핑시간을달리하여제조하고이를확대하여촬영한전자현미경사진이다. 도 7은상기도2의나노돌기구조의성분이알루미늄산화층 (boehmite) 임을이있음을나타내는 XPS 성분분석을결과이다. 도 8은각각표시된압력및전압의조건에서플라즈마공정을이용하여활성화단계를거친후에구조형성단계를수행한실시예 3을이용하여알루미늄표면에서측정한순수에대한접촉각의변화를나타내는그래프이다. 도 9, 및도 10은친수성알루미늄표면을공기중에보관하여시간에따른순수에대한접촉각의변화를나타낸그래프이다. 도 9에서, 은비교예 1의알루미늄의접촉각변화를측정한결과를나타내고, 은본발명의실시예에의하여처리된친수성알루미늄의접촉각변화를측정한결과를나타낸다. 또한, 도 10에서 은활성화처리없이끓는물로만처리한알루미늄표면의접촉각의변화를측정한결과이고, 은본발명의실시예에의하여처리된친수성알루미늄의시간에따른접촉각변화를나타낸결과이다. [0054] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자가용이하게실시할수있도록본발명의실시예에대하여첨부한도면을참고로하여상세히설명한다. 그러나본발명은여러가지상이한형태로구현될수있으며여기에서설명하는실시예에한정되지않는다. [0055] [0056] [0057] < 실시예 1> 이하, 본발명의친수성알루미늄표면의제조방법에의하여알루미늄표면판상의나노돌기구조가형성된친수성알루미늄표면을제조하는방법을도 1을참고하여설명한다. 반응성가스로 CF 4 가스를사용하여플라즈마도핑 (plasma doping) 처리로알루미늄의표면을활성화하였다. 알루미늄은 99.9% 순도의판재를사용하였고, 플라즈마공정은 r.f. PACVD 를이용하였으며, 식각압력이 2 Pa 내지 5 Pa 이며, r.f. 전원이 100 W 내지 300 W 인조건에서 30 초동안처리하여, F 원소가알루미늄표면에도 핑되어있는도핑 - 알루미늄을제조하였다. [0058] [0059] [0060] 상기도핑-알루미늄은끓는물에담그고, 10 분동안유지한후에물에서빼내서나노패턴이형성된친수성알루미늄표면을가진알루미늄을제조하였다. 도 4 및도 5는상기실시예 1에의하여제조된알루미늄의친수성알루미늄표면을전자현미경으로촬영한사진이다. 상기도 4 및도 5를참조하면, 판상의나노돌기구조가빽빽하게형성된나노패턴이형성되어있다는점을확인할수있다. 또한, 상기나노판상구조는 10 nm 내지 100 nm의두께를가지는것임을확인할수있다. 도 7은상기실시예 1의나노돌기구조의 XPS 성분분석결과로, 나노돌기구조의성분은 AlOOH로분석되며, 나노구조에서는산소의양이상대적으로많아짐을알수있다. 본구조는기존문헌에보고된알루미늄산화물질인boehmite 구조와유사함을알수있다. [Kloprogge, Journal of colloid and interface science 296 (2006) 572-576] [0061] [0062] [0063] < 실시예 2> 상기실시예 1과동일하게알루미늄의표면을친수화처리하였다. 다만, 알루미늄표면에플라즈마도핑시간, 30초, 1분, 10분, 30분으로다양하게처리하였다. 상기실시예 2에의하여제조된친수성알루미늄표면의전자현미경사진을도 6에나타냈고, 나도돌기구조가시간에따라서변화함을알수있으며, 처리시간이짧은경우넓적한판상의나노구조가형성되고, 10분이상의경우판상나노구조보다는끝이뾰족한침상이나타나며, 30분에서는점 (dot) 의형태를가지는것을
확인할수있었다. [0064] 상기실시예 1 및 2의결과에서알수있듯이. 상기도핑-알루미늄은그표면에 F 원소가도핑되어있는상태이기때문에, 물과의반응시급속한산화반응이일어나게되고, 이에의하여침상혹은판상구조의나노패턴이형성되게된다. 상기도핑의시간을조절하여침상의나노돌기구조가형성되는지, 판상의나노돌기구조가형성되는지, 또는점형태의나노돌기구조가형성되는지조절할수있다. [0065] [0066] < 실시예 3> 상기실시예 1과동일하게알루미늄의표면을친수화처리하였다. 다만, 도핑처리시의조건을도 8에표시된것과같이변경하면서처리하였고, 각각의샘플을도 8에표시된시간에따라이알루미늄표면에플라즈마도핑시간을달리하면서처리하고, 처리된샘플의순수에대한접촉각을측정하여나타내었다. [0067] [0068] < 비교예 1> 실시예 1에서사용한순도 99.9% 의알루미늄에친수성알루미늄표면처리를하지않은것을비교예 1로하여전자현미경사진및접촉각을측정하였다. 비교예 1인미처리알루미늄의전자현미경사진을도 3에나타내었고, 나노패턴이형성되지않은평평한구조의표면을가지고있다는것을확인하였다. [0069] [0070] [0071] [0072] < 비교예 2> 실시예 1과동일하게, 반응성가스로알루미늄에 F 도핑처리를하여도핑-알루미늄을제조하였다. 다만, 실시예 1과다르게여기에구조형성단계를수행하지않고, 표면이활성화된알루미늄의상태로표면의구조및접촉각을측정하였다. 비교예 2의알루미늄표면은나노돌기구조가형성되지않은것으로확인되었고, 또한순수를이용한접촉각이약 60도로나타나서, 비교예1에서측정한일반알루미늄표면의접촉각과유사하였으며, 친수성이나타나지않았음을확인하였다. [0073] [0074] < 비교예 3> 실시예 1과동일하게처리하되, 도핑처리에의한활성화단계를거치지않고, 끓는물에알루미늄을담구는구조형성단계만을수행하여비교예 3의샘플을제조하였다. 비교예 3의샘플은시간의경과에따른접촉각의변화를측정하여도 10에나타내었다. [0075] [0076] [0077] < 실험예 : 실시예및비교예의접촉각측정 > 이하, 이렇게제작된표면체의친수성특성측정방법및그결과에대하여구체적으로살펴보도록한다. 접촉각의측정은 Goniometer(Data Physics instrument Gmbh, OCA 20L) 를이용하여수행하였다. 이장비는, 표면의고착된물방울 (sessile droplet) 의광학적이미지와접촉각을측정가능하게해준다. 정적접촉각 (static contact angle) 은표면에 5ml 물방울을조심스럽게위치 (gentle landing) 함으로써측정하였다. [0078] [0079] 1) 비교예 1 및실시예 1의순수에대한접촉각측정도 2는친수성알루미늄표면처리가되지않은일반적인알루미늄표면 ( 비교예 1) 의접촉각을촬영한사진 ( 위 ) 과본발명에의한친수성알루미늄표면처리를한알루미늄표면 ( 실시예 1) 의접촉각을촬영한사진 ( 아래 ) 이다. 상기도 2의사진들을참고하면, 비교예 1의사진은접촉각이약 60도로측정되었으나, 실시예 1은약 12도로측정되어서알루미늄이친수성알루미늄표면으로처리되었음을확인할수있다. [0080] 2) 플라즈마처리의전압에따른비교예 1 및실시예 3 의알루미늄표면구조제조및순수에대한접촉각측
정 [0081] [0082] 도 8은각각표시된압력및전압의조건만을다르게하고다른조건들은실시예 1과동일하게적용하여플라즈마공정에의한활성화단계를거친후, 구조형성단계를수행한실시예 3을이용하여알루미늄표면에서측정한순수에대한접촉각을측정한그래프이다. 상기도 8을참조하면, 플라즈마처리시의압력및전압에따라서접촉각이미세하게변하기는하지만, 압력과전압을변경하여실시한 6번의실시예3의결과에서모두약 10도미만의초친수성표면이형성되었다는점을확인할수있었다. 또한, 플라즈마처리의시간에따른접촉각의변화를살펴도, 6 번의실험에서모두약 10도미만의초친수성이얻어진다는점을확인할수있었다. 상기결과는, 나노패턴이형성되지않은평활한알루미늄표면에서측정된접촉각이약 60도인것과비교하여, 식각압력, 전압, 그리고활성화처리시간과무관하게, 나노패턴이형성된실시예들의표면은모두순수와의접촉각이 10도이하를값을가지는초친수성표면인것으로나타났다. [0083] [0084] [0085] [0086] [0087] 3) 시효효과의평가도 9 및도10는친수성알루미늄표면을공기중에보관하여시간에따른순수에대한접촉각의변화를나타낸그래프이다. 도 9에서, 으로표시한것은비교예 1인미처리알루미늄의접촉각을나타낸결과이고, 으로나타낸것은본발명의실시예 1에의하여처리된친수성알루미늄의시간에따른접촉각변화를나타낸결과이다. 상기도 9를참조하면, 공기중에보관한실시예 1의친수성을가진알루미늄표면은, 10도미만의접촉각이 60일동안유지되는것을확인할수있었다. 반면에, 비교예 1의미처리알루미늄표면은약 70도의접촉각이유지되어소수성특성을나타내는것이확인되었다. 도 10에서, 은활성화처리없이끓는물로만처리한비교예 3의알루미늄표면을샘플로하여, 순수에대한접촉각의변화를측정한결과이고, 은본발명의실시예에의하여처리된친수성알루미늄의시간에따른접촉각변화를나타낸결과이다. 비교예 3의샘플은, 공기중에서방치한후 7일경부터순수에대한접촉각이커지기시작해서, 약 30일이경과한이후에는미처리알루미늄과동일하게약 70도의접촉각을나타내는것을확인하였다. 그러나, 본발명의실시예의결과인 은 60일까지접촉각의변화가거의없는것으로나타나서, 본발명에의하여제조된알루미늄표면은, 시효효과없이친수성을유지하는것이확인되었다. 이러한결과는본발명에의하여처리된알루미늄표면은우수한친수성을가지도록표면처리가되었으며, 처리된표면의내구성이우수하며, 시효효과가나타나지않는것으로생각된다. [0088] 이상에서본발명의바람직한실시예에대하여상세하게설명하였지만본발명의권리범위는이에한정되는 것은아니고다음의청구범위에서정의하고있는본발명의기본개념을이용한당업자의여러변형및개량 형태또한본발명의권리범위에속하는것이다. 도면 도면 1
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