초발수 $SiO_2$박막을 sol-gel법에 의해 유리 기판 위에 성공적으로 제조하였다. 높은 표면 조도를 갖는 $SiO_2$ 박막을 제조하기 위하여 tetraethoxysilane(TEOS) 용액에 $SiO_2$ 나노 입자들을 첨가하였다. $iO_2$ 입자를 첨가하지 않은 용액을 이용하여 제조한 코팅막은 RMS roughness가 1.27 nm의 매우 평평한 표면 구조를 나타낸 반면, $SiO_2$ 나노 입자들을 1.0, 2.0, 3.0 wt% 첨가한 용액을 이용하여 제조한 $SiO_2$ 박막의 RMS roughness는 44.10 nm, 69.58 nm, 80.66 nm로 측정되었다. 제조된 $SiO_2$ 박막의 표면을 소수성 표면으로 바꾸기 위하여 FAS 용액을 이용하여 발수 처리를 하였다. FAS 처리 이후 거친 표면구조를 갖는 $SiO_2$ 박막의 표면은 친수성에서 소수성으로 바뀌었고 특히, 80.66 nm의 RMS roughness를 갖는 박막은 $163^{\circ}$의 물 접촉각을 갖는 초발수 표면을 나타내었다.
초발수 $SiO_2$ 박막을 sol-gel법에 의해 유리 기판 위에 성공적으로 제조하였다. 높은 표면 조도를 갖는 $SiO_2$ 박막을 제조하기 위하여 tetraethoxysilane(TEOS) 용액에 $SiO_2$ 나노 입자들을 첨가하였다. $iO_2$ 입자를 첨가하지 않은 용액을 이용하여 제조한 코팅막은 RMS roughness가 1.27 nm의 매우 평평한 표면 구조를 나타낸 반면, $SiO_2$ 나노 입자들을 1.0, 2.0, 3.0 wt% 첨가한 용액을 이용하여 제조한 $SiO_2$ 박막의 RMS roughness는 44.10 nm, 69.58 nm, 80.66 nm로 측정되었다. 제조된 $SiO_2$ 박막의 표면을 소수성 표면으로 바꾸기 위하여 FAS 용액을 이용하여 발수 처리를 하였다. FAS 처리 이후 거친 표면구조를 갖는 $SiO_2$ 박막의 표면은 친수성에서 소수성으로 바뀌었고 특히, 80.66 nm의 RMS roughness를 갖는 박막은 $163^{\circ}$의 물 접촉각을 갖는 초발수 표면을 나타내었다.
Superhydrophobic $SiO_2$ thin films were successfully fabricated on a glass substrate by sol-gel method. To fabricate $SiO_2$ thin film with a high roughness, $SiO_2$ nano particles were added into tetraethoxysilane (TEOS) solution. The prepared $SiO_2$ th...
Superhydrophobic $SiO_2$ thin films were successfully fabricated on a glass substrate by sol-gel method. To fabricate $SiO_2$ thin film with a high roughness, $SiO_2$ nano particles were added into tetraethoxysilane (TEOS) solution. The prepared $SiO_2$ thin film without an addition of $SiO_2$ nano particles showed a very flat surface with ca. 1.27 nm of root mean square (RMS) roughness. Otherwise, the $SiO_2$ thin films fabricated by using coating solutions added $SiO_2$ nano particles of 1.0, 2.0 and 3.0 wt% showed a RMS roughness of ca. 44.10 nm, ca. 69.58 nm, ca. 80.66 nm, respectively. To modify the surfaces of $SiO_2$ thin films to hydrophobic surface, a hydrophobic treatment was carried out using a fluoroalkyltrimethoxysilane (FAS). The $SiO_2$ thin films with a high rough surface were changed from hydrophilic to hydrophobic surface after the FAS treatment. Especially, the prepared $SiO_2$ thin film with a RMS roughness of 80.66 nm showed a water contact angle of $163^{\circ}$.
Superhydrophobic $SiO_2$ thin films were successfully fabricated on a glass substrate by sol-gel method. To fabricate $SiO_2$ thin film with a high roughness, $SiO_2$ nano particles were added into tetraethoxysilane (TEOS) solution. The prepared $SiO_2$ thin film without an addition of $SiO_2$ nano particles showed a very flat surface with ca. 1.27 nm of root mean square (RMS) roughness. Otherwise, the $SiO_2$ thin films fabricated by using coating solutions added $SiO_2$ nano particles of 1.0, 2.0 and 3.0 wt% showed a RMS roughness of ca. 44.10 nm, ca. 69.58 nm, ca. 80.66 nm, respectively. To modify the surfaces of $SiO_2$ thin films to hydrophobic surface, a hydrophobic treatment was carried out using a fluoroalkyltrimethoxysilane (FAS). The $SiO_2$ thin films with a high rough surface were changed from hydrophilic to hydrophobic surface after the FAS treatment. Especially, the prepared $SiO_2$ thin film with a RMS roughness of 80.66 nm showed a water contact angle of $163^{\circ}$.
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제안 방법
제조된 박막의 표면 미세구조를 확인하기 위하여 field emission scanning electron microscope(FE-SEM, JSM 6700, JEOL)를 사용하였고, 박막 표면의 조도는 atomic force microscope(AFM, JSPM5200, JEOL)을 이용하여 측정하였다. FAS를 이용한 발수 처리이후 박막의 표면에 형성된 불소 성분을 확인하기 위하여 X-ray Photoelectron sectroscopy(XPS, JPS-9000MX, JEOL)을 측정 하였다. 박막 표면의 물 접촉각은 contact angle meter(Easy Drop, KRUSS)를 이용하여 측정하였다.
그림에서 확인 할 수 있듯이 제조된 SiO2 박막의 표면에서 불소의 피크가 확인된 것으로 보아 FAS를 이용한 발수처리로 인해 거친 표면을 갖는 SiO2 박막의 표면에는 불소가 배향된 것을 알 수 있다. SiO2 입자의 첨가량에 따라 제조된 박막을 FAS 발수 처리하여 그 표면의 접촉각을 확인하였다. FAS 발수 처리를 하지 않은 박막의 평균 접촉각은 SiO2 입자의 첨가량이 0, 1.
Sol-gel법을 이용하여 SiO2 입자가 첨가된 용액을 합성하고 dip코팅하여 거친 표면 구조를 갖는 SiO2 박막을 제조하였다. 입자의 첨가량이 0, 1.
FAS를 이용한 발수 처리이후 박막의 표면에 형성된 불소 성분을 확인하기 위하여 X-ray Photoelectron sectroscopy(XPS, JPS-9000MX, JEOL)을 측정 하였다. 박막 표면의 물 접촉각은 contact angle meter(Easy Drop, KRUSS)를 이용하여 측정하였다.
본 연구에서는 sol-gel 법에 의하여 합성한 용액에 SiO2 입자들을 첨가하여 제조한 박막의 표면 구조 특성과 FAS를 이용하여 발수처리 한 박막의 표면 접촉각을 확인하였다.
유리 기판에 코팅된 SiO2 박막 표면을 발수성 표면으로 개질하기 위하여 hexane 용액에 희석된 2.0 wt% 의FAS 용액에 기판을 20분 동안 침적한 후 100°C에서 1시간 동안 건조하였다.
03 g 혼합하여 용액을 합성하였다. 제조된 용액에 평균 입자 크기 12 nm의 SiO2 입자(200, Aerosil)를 1.0, 2.0, 3.0 wt% 첨가하여 최종 용액을 제조하였다. 기판으로는 slide glass를 사용하였고 기판의 친수처리를 위해 증류수와 에탄올을 2:3의 부피비로 섞은 후 KOH를 1.
코팅 박막의 제조는 SiO2 입자를 혼합하지 않은 용액과 1.0, 2.0, 3.0 wt% 혼합한 용액에 유리 기판을 침적하여 2.0 mm/sec의 인상속도로 dip 코팅 한 후 상온 건조 및 100°C에서 1시간 건조하여 제조하였다.
대상 데이터
0 wt% 첨가하여 최종 용액을 제조하였다. 기판으로는 slide glass를 사용하였고 기판의 친수처리를 위해 증류수와 에탄올을 2:3의 부피비로 섞은 후 KOH를 1.0 wt% 첨가한 용액에 기판을 담근 후 5~10분 초음파 처리를 한 후 증류수를 이용하여 세정하였다.
이론/모형
제조된 박막의 표면 미세구조를 확인하기 위하여 field emission scanning electron microscope(FE-SEM, JSM 6700, JEOL)를 사용하였고, 박막 표면의 조도는 atomic force microscope(AFM, JSPM5200, JEOL)을 이용하여 측정하였다. FAS를 이용한 발수 처리이후 박막의 표면에 형성된 불소 성분을 확인하기 위하여 X-ray Photoelectron sectroscopy(XPS, JPS-9000MX, JEOL)을 측정 하였다.
성능/효과
3.0 wt%까지 첨가량이 늘어남에 따라 박막의 RMS roughness 증가와 함께 접촉각이 증가되었지만, 4.0 wt%가 첨가된 용액을 이용하여 제조한 코팅막의 RMS roughness는 약 60.63 nm, 접촉각은 약 142°로 나타났다.
FAS 발수 처리를 하지 않은 박막의 평균 접촉각은 SiO2 입자의 첨가량이 0, 1.0, 2.0, 3.0 wt%일 때, 16°, 25°, 43°, 53° 를 나타내었고, 발수 처리 이후에는 Fig. 6에서 볼 수 있듯이, 제조된 박막에 대해 5회 측정한 평균 접촉각이 각각 105°, 128°, 145°, 163° 로 나타났다.
4는 AFM 측정을 통해서 확인된 root mean square(RMS) roughness를 나타낸다. SiO2 입자의 첨가량이 0, 1.0, 2.0, 3.0 wt%로 증가할수록 측정된 평균 RMS roughness 는 각각 1.27 nm, 44.10 nm, 69.58 nm, 80.66 nm로 증가하였다. 이 결과들로부터 초발수 박막을 제조하기 위해 필요한 거친 표면 구조의 박막이 코팅 용액 속에 나노 입자를 첨가함으로써 성공적으로 제조된 것을 확인하였다.
63 nm, 접촉각은 약 142°로 나타났다. 그러므로 SiO2 입자를 3.0 wt% 첨가하여 제조한 코팅 막이 내오염성 코팅막으로서 적용 가능한 초발수막 표면 특성을 나타내는 것을 확인하였다. Fig.
66 nm로 증가하였다. 이 결과들로부터 초발수 박막을 제조하기 위해 필요한 거친 표면 구조의 박막이 코팅 용액 속에 나노 입자를 첨가함으로써 성공적으로 제조된 것을 확인하였다. Fig.
박막을 제조하였다. 입자의 첨가량이 0, 1.0, 2.0, 3.0 wt%로 증가함에 따라 제조된 박막의 RMS roughness는 1.27 nm, 44.10 nm, 69.58 nm, 80.66 nm로 증가하였다. 제조된 박막은 FAS를 이용한 표면처리 이후 발수 특성을 나타내는 표면으로 바뀌었으며 특히 SiO2 입자를 3.
66 nm로 증가하였다. 제조된 박막은 FAS를 이용한 표면처리 이후 발수 특성을 나타내는 표면으로 바뀌었으며 특히 SiO2 입자를 3.0 wt% 첨가하여 제조한 용액을 이용하여 코팅한 박막은 163°의 물 접촉각을 갖는 초발수 박막 특성을 보여주었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초발수 박막을 제조하는 방법은?
연꽃 잎의 미세구조와 같은 요철 구조의 거친 표면을 갖는 코팅 막은 기판 위에 다양한 구조의 SiO2, TiO2, ZnO 등을 코팅하여 제조 할 수 있다[4-8]. 이런 박막들은 sol-gel, sputtering, chemical vapor deposition(CVD), liquid phase deposition(LPD) 등의 다양한 방법들에 의해 제조 된다[9-13].
요철 구조의 거친 표면을 소수성 표면으로 바꾸기 위해 사용되는 것은?
요철 구조의 거친 표면을 소수성 표면으로 바꾸기 위해서는 불소 혹은 실리콘 화합물들이 많이 이용되고 있으며, 그 중에서 특히 매우 낮은 표면에너지(~8 mJ/m2)를갖고 있는 fluoroalkyltrimethoxysilane(FAS, CF3(CHF2)7 CH2CH2Si(OCH3)3)을 이용한 연구가 많이 보고되었다[14, 15].
내오염성 우수한 초발수 박막을 제조하기 위해 요구되는 것은?
건축용 외장재, 화학 및 바이오 센서, 디스플레이, 자동차유리, 태양전지 모듈유리 등에는 그 성능을 유지하기 위하여 내오염성 우수한 초발수 박막이 적용되고 있다. 이런 초발수 박막을 제조하기 위해서는 기판의 표면에 우선 요철 구조를 갖는 거친 표면을 형성시키는 공정과 그 표면을 낮은 표면에너지를 갖는 화합물을 이용하여 표면을 개질 하는 공정이 요구된다[1-3]. 연꽃 잎의 미세구조와 같은 요철 구조의 거친 표면을 갖는 코팅 막은 기판 위에 다양한 구조의 SiO2, TiO2, ZnO 등을 코팅하여 제조 할 수 있다[4-8].
참고문헌 (15)
A. Chen, A. Peng, K. Koczkur and B. Miller, "Superhydrophobic tin oxide nanoflowers", Chem. Commun. (2004) 1964
A. Nakajima, K. Abe, K. Hashimoto and T. Watanabe, "Preparation of hard super-hydrophobic films with visible light transmission", Thin Solid Films 376 (2000) 140
Y. Xu, W.H. Fan, Z.H. Li, D. Wu and Y.H. Sun, "Antireflective silica thin films with super water repellence via a solgel process", Applied Optics 42 (2003) 108
A.V. Rao, M.M. Kulkarni, D.P. Amalerkar and T. Seth, "Superhydrophobic silica aerogels based on methyltrimethoxysilane precursor", J. Non-Cryst. Solids 330 (2003) 187
K.S. Hwang, J.H. Jeong, J.H. Ahn and B.H. Kim, "Hydrophilic/hydrophobic conversion of Ni-doped $TiO_2$ thin films on glass substrates", Ceramics International 32 (2006) 935
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