[논문]콜로이드 실리카 나노입자의 부착에 의한 반사방지막 제조 및 굴절율 조절

Hwang Yeon; Prevo Brian; Velev Orlin

doi:10.3740/mrsk.2005.15.5.285

콜로이드 실리카 나노입자의 부착에 의한 반사방지막 제조 및 굴절율 조절
Convective Deposition of Silica Nano-Colloidal Particles and Preparation of Anti-Reflective Film by Controlling Refractive Index 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.15 no.5, 2005년, pp.285 - 292

Hwang Yeon (Department of Materials Science & Engineering, Seoul National University of Technology) , Prevo Brian (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University) , Velev Orlin (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University)

Abstract ▼ AI-Helper

Anti-reflection film was coated by using spherical silica nano colloids. Silica colloid sol was reserved between two inclined slide glasses by capillary force, and particles were convectively stacked to form a film onto the substrate as the water evaporates. As the sliding speed increased, the thickness of the film decreased and the wavelength at the maximum transmittance decreased. The microstructure observed by SEM showed that silica particles were nearly close packed, which enabled the calculation of the effective refractive index of the film. The film thickness was measured by proffer and calculated from the wavelength of maximum transmittance and the effective refractive index. The effective refractive index of the film could be controlled by a subtle controlling of the coating speed and by mixing two different sized silica particles. When the 100 nm and 50 m particles were mixed at 4:1-5:1 volume ratio, the maximum transmittance of $95.2\%$ for one-sided coating was obtained. This is the one that has increased by $3.8\%$ compared to bare glass substrate, and shows that $99.0\%$ of transmittance or $1.0\%$ of reflectance can be achieved by the simple process if both sides of the substrate are coated.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 구형 콜로이드 현탁액을 이용하여 반사 방지막을 제조하고자 하였다. 물질의 굴절율은 밀도와 관련되어 있으므로 기공을 생성시키면 굴절율은 낮아진다.
이 논문은 LG 연암문화재단의 교수해외 연구 지원사업의 도움으로 진행되었으며 이에 깊은 감사를 표시하는 바 입니다..

가설 설정

(a) Schematic of the coating apparatus using colloid sol. (b) As the glass plate above is slided at a constant velocity v, colloid particles are deposited on the glass substrate to form a film.
(a) Calculated reflectance of the film according to the film thickness at 600 nm wavelength. Minimum reflectance appears at a certain thickness, and varies with effective refractive index of the film, (b) Traces Of the minimum reflectance points at a visible wavelength range. At all wavelengths, zero reflectance is obtained at the volume fraction of 0.

제안 방법

4) 따라서 나노미터 크기의 실리카입자를 코팅하면 입자 사이의 나노 기공에 의해 굴절율이 낮아지게 된다. 본 연구에서는 두 개의 유리판 사이에 콜로이드 현탁액을 모세관 힘을 이용하여 저장한 후 상판 유리를 이동시켜서 콜로이드 입자를 기판 위에 침적시켜 코팅막을 얻었다. 이 방법은 스핀 코팅이나 침적 코팅과 같은 방법과 비교할 때 매우 적은 양의 콜 로이 드 용액을 사용하므로 간단한 공정으로 반사방지막 을 제조할 수 있으므로 경제적이라는 장점을 지니고 있다.
코팅막의 두께는 profiler(Tencor Instalments, Alpha Step500)를 사용하여 3회 이상 측정한 후 이를 평균하여 측정값을 얻었다. 빛의 투과도는 UV-vis spectrometer(Jasco Co., V550)를 사용하여 400〜800 nm의 파장 범위에서 0.5 nm 간격으로 200nm/min의 주사속도로 측정하였다. 한편 코팅막의 미세구조는 FE-SEM(JEOL, F64)을 사용하여 관찰하였다.
큰 입자와 작은 입자를 2:1부터 6:1의 부피비율 까지 변화시켰다. 스펙트럼이 겹치므로smoothing하여 실선으로 구분하고자 하였다. 각 입자들을 단독으로 사용 하기 보다는 작은 입자를 큰 입자와 섞을 때 광투과율이 증가함을 알 수 있다.
이 방법은 스핀 코팅이나 침적 코팅과 같은 방법과 비교할 때 매우 적은 양의 콜 로이 드 용액을 사용하므로 간단한 공정으로 반사방지막 을 제조할 수 있으므로 경제적이라는 장점을 지니고 있다. 코팅 속도를 통한 부착 입자간 간격을 조절하고 또한 입자 크기가 서로 다른 두 가지의 분말을 코팅함으로써 코팅막의 굴절율을 조절하였으며, 막의 두께, 굴절율, 광반사(광투과) 특성, 미세구조 등을 분석하였다.
코팅막의 두께는 profiler(Tencor Instalments, Alpha Step500)를 사용하여 3회 이상 측정한 후 이를 평균하여 측정값을 얻었다. 빛의 투과도는 UV-vis spectrometer(Jasco Co.
콜로이드 현탁액을 두 장의 유리판 사이에 담은 후 상판 유리를 이동시켜 유리판 위에 반사 방지막을 제조하였다. 막의 두께는 상판 유리의 이동 속도로 조절 가능하였으며, 막의 성장속도와 반비례 관계임을 보였다.
10에 나타내었다. 큰 입자와 작은 입자를 2:1부터 6:1의 부피비율 까지 변화시켰다. 스펙트럼이 겹치므로smoothing하여 실선으로 구분하고자 하였다.

대상 데이터

1에 나타내었으며, 두 장의 유리판을 25° 정도 기울여 기판 및 상판으로 사용하였다. 기판 및 상판 유리로 사용하는 두께 1 mm인 슬라이드 유리판(Fisher Scientific)을 황산 및 무기계산화 제 (Godax Lab. Inc., Nochromix)를 1:1의 비율로 혼합한 용액에 24시간 이상 담가 산화처리와 세척을 하였다. 유리의 표면은 친수기로 포화되고 불순물이 제거되어 있으므로 코팅 시 콜로이드 용액을 완전히 적시게 하여 균일한 코팅을 가능하게 한다.
실험에는 세 가지 종류의 실리카입자를 사용하였다. 평균 입자크기가 20nm인 입자는 Siamat 사의 실리카 함량이 40wt%인 비정질 구형 실리카 현탁액을 사용하였고, 50 nm 및 100 nm인 입자는 Polysciences Inc.
코팅 장치 및 코팅 방법을 Fig. 1에 나타내었으며, 두 장의 유리판을 25° 정도 기울여 기판 및 상판으로 사용하였다. 기판 및 상판 유리로 사용하는 두께 1 mm인 슬라이드 유리판(Fisher Scientific)을 황산 및 무기계산화 제 (Godax Lab.

이론/모형

5 nm 간격으로 200nm/min의 주사속도로 측정하였다. 한편 코팅막의 미세구조는 FE-SEM(JEOL, F64)을 사용하여 관찰하였다.

성능/효과

이 경우(Fig. 4(a)) 광반사를 줄일 수 있는 막의 두께 범위는 약 96nm임을 알 수 있다. 즉 입사광선의 각 파장에 대하여 1/41=1/ 4)두께가 변하게 되는데, 막의 두께를 96nm로 조절하면 비교적 넓은 파장 범위에서 낮은 반사율을 얻을 수 있다.
콜로이드 현탁액을 두 장의 유리판 사이에 담은 후 상판 유리를 이동시켜 유리판 위에 반사 방지막을 제조하였다. 막의 두께는 상판 유리의 이동 속도로 조절 가능하였으며, 막의 성장속도와 반비례 관계임을 보였다. 최대 광반사를 나타내는 파장으로부터 막의 두께 및 기공율의 계산이 가능하였다.
코팅 속도를 15/411/s에서 35/Ms로 증가시킴 에 따라 투과율 및 최대 투과율을 나타내는 파장이 변하고 있다. 실험에 사용한 유리기판의 광투과율 및 반사율을 측정하면 모든 측정 파장 영역에 대해서 투과율과 반사율의 합이 거의 100%를 나타내므로 코팅막의 투과율을 측정함으로써 반사율을 얻을 수 있다. 코팅 속도가 커짐에 따라 최대 광반사를 나타내는 파장이 낮은 쪽으로 이동하고 있다.
0%의 광반사에 해당한다. 즉 입자 코팅이라는 1회의 간단한 공정으로 8.6%의 광반사율을 1.0%로 (단면 코팅의 경우 4.3%에서 0.5%로) 저하시킬 수 있었다. 단면.

후속연구

사진을 보면 작은 입자가 큰 입자 사이에 들어가 있는 것이 관찰된다. 그러나 표면 사진에서 보듯이 작은 입자들이 고르게 분포하지 않고 있고, 이를 개선하면 더 높은 광투과율을 얻을 것으로 기대된다.
7은 100 nm인 입자를 사용한 막의 광투과 특성이다. 앞서 20nm 및 50 nm 크기의 입자를 사용하여 실험한 경우와 달리 입자 크기가 원하는 막의 두께와 비슷하므로 단층으로 부착하여도 반사 방지 특성을 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 2층이나 3층으로 부착시키는 경우와 비교하면 입자가 hexagonal 최밀 충진한다고 할 때 단층의 막이 낮은 부피분율(높은 기공율)을 보인다는 장점을 가진다.

참고문헌 (14)

G. R. Fowles, Introduction to Modern Optics, 2nd Ed. Dover Publications Inc., New York, (1975)
L. Bohn, in Polymer Handbook, 2nd Ed. Edited by: J. Brandrup and E. H. Immergut, Wiley, (1975)
L. Schirone, G. Sotgiu and F. P. Califano, Thin Solid Film, 297, 296 (1997)

상세보기
B. E. Yoldas, Appl. Optics, 19(9), 1425 (1980)

상세보기
J. J. Lee and S. Y. Choi, J. Kor. Ceram. Soc. 34(1), 79-87 (1997)
G. A. Neuman, J. Non-Crystalline Solids, 218, 92 (1997)

상세보기
S. Walheim, E. Schaffer, J. Mlynek and U. Steiner, Science, 283, 520 (1999)

상세보기
H. Hattori, Adv. Mater., 13(1), 51 (2001)

상세보기
Y. W. Shin, S. W. Kim and K. H. Yoon, J. Kor. Ceram. Soc., 39(3), 233 (2002)

원문보기 상세보기
T. Sugimoto, Fine Particles: Synthesis, Characterization and Mechanisms of Growth, Marcel Dekker, New York, 2000
Y. Xia, B. Gates, Y. Yin and Y. Lu, Adv. Mater, 12(10), 693 (2000)

상세보기
A. F. Routh and W. B. Russel, AIChE J., 44, 2088 (1998)

상세보기
Brian G. Prevo, Yeon Hwang, Ruben G. Carbonell and Orlin D. Velev, June 20-23, 2004, 78th ACS Colloid and Surface Science Symposium
A. S. Dimitriv and K. Nagayama, Langmuir, 12(5), 1303 (1996)

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

콜로이드 실리카 나노입자의 부착에 의한 반사방지막 제조 및 굴절율 조절
Convective Deposition of Silica Nano-Colloidal Particles and Preparation of Anti-Reflective Film by Controlling Refractive Index 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

콜로이드 실리카 나노입자의 부착에 의한 반사방지막 제조 및 굴절율 조절 Convective Deposition of Silica Nano-Colloidal Particles and Preparation of Anti-Reflective Film by Controlling Refractive Index 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

황연 (31)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

콜로이드 실리카 나노입자의 부착에 의한 반사방지막 제조 및 굴절율 조절
Convective Deposition of Silica Nano-Colloidal Particles and Preparation of Anti-Reflective Film by Controlling Refractive Index 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper