[논문]고주파 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 Al 기판위에 증착된 PTFE 박막의 초-발수에 관한 특성 연구

배강; 김화민

doi:10.4313/jkem.2011.24.1.64

고주파 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 Al 기판위에 증착된 PTFE 박막의 초-발수에 관한 특성 연구
Characteristic Investigation on Super-Hydrophobicity of PTFE Thin Films Deposited on Al Substrates Using RF-Magnetron Sputtering Method 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.24 no.1, 2011년, pp.64 - 69

배강 (대구가톨릭대학교 전자공학과) , 김화민 (대구가톨릭대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Super-hydrophobic properties have been achieved on the rf-sputtered polytetrafluoroethylene(PTFE) films deposited on etched aluminum surfaces. The microstructural evolution created after etching has been investigated by FESEM. The water contact angle over $160^{\circ}$ can be achieved on the rf-sputtered ultra-tihn PTFE film less than 10 nm coated on aluminum surface etched with 7 wt.%, 12.5 wt.%, and 15 wt.% HCl concentration for 12 min. XPS analysis have revealed the presence of a large quantity of $-CF_3$ and $-CF_2$ groups in the rf-sputtered PTFE films that effectively can reduce the surface energy of etched aluminum. The presence of patterned morphology along with the low surface energy at the rf-sputtered PTFE coating makes the aluminum surface with high super-hydrophobic property.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Al을 묽은 염산용액으로 식각하여 표면에 미세구조를 생성시키고, 그 위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 낮은 표면에너지를 갖는 PTFE 박막을 증착하여 이들의 발수특성을 Al 기판의 식각 시간 또는 코팅된 PTFE 박막들의 두께 들의 함수로서 조사하여, 초 발수 표면을 제조하는데 필요한 표면의 미세 구조 패턴을 생성하는데 요구되는 최적의 식각 시간과 PTFE 박막의 두께에 따른 접촉각 변화를 연구 하고자 한다.

제안 방법

%의 다양한 농도의 염산 용액을 사용하여 1～15분의 범위에서 식각 과정을 거친 기판을 사용하였으며, 잔류 먼지 또는 입자 제거를 위해 전기오븐을 사용하여 80°C 온도에서 8시간 이상 건조시켰으며, 이 건조된 기판들은 스퍼터링 쳄버 내의 기판홀더에 부착한 후, 2x10-3 Torr 의 순수한 Ar 가스 분위기에서 증착하였다.
즉 2단계 과정에서 식각된 Al 기판의 기하학적 표면 미세 구조(geomrtrical microstructure)는 식각시간 또는 HCl의 농도 에 관계 없이 그림 3 (e) 또는 (f)와 거의 구별할 수 없는 형상을 나타내기 때문에 이들의 물방울에 대한 접촉각은 거의 141°로 일정하게 나타나는 것으로 판단된다. 한편 본 실험에서는 HCl 용액에 식각된 Al 기판의 표면 에너지를 낮추기 위하여 PTFE를 증착함으로써 Al 기판의 초발수성(super-hydrophobic) 표면을 제작하였으며, 그 결과를 그림 4에서 나타내었다.

대상 데이터

기판으로는 25 mm x 25 mm x 2 mm(두께)의 크기를 갖는 알루미늄 합금(AA6061)을 7.5 wt.%, 12.
본 실험에서 사용되는 스퍼터링 타겟은 PTFE Powder(F7 type, Solvay)를 2시간의 볼밀과정과 300^℃ 의 공기 중에서 2시간 동안 소성과 11 N/m²의압력으로 지름 2인치 두께 5 mm의 원판 형태의 펠렛(pellet)으로 압착 과정을 통하여 고형화 시켰다.
특히 식각 후 Al 기판에 형성된 표면 미세구조의 형상을 유지할 수 있도록 가능한 한 PTFE 박막의 두께를 최소화 할수록 접촉각은 증가하는 것이 확인되었다. 분 실험에서는 10 nm이하의 PTFE 박막에서 160° 이상의 접촉각을 갖는 고도의 초-발수 표면을 달성하였다.

데이터처리

증착된 박막과 식각된 기판의 표면 변화 이미지를 관찰하기 위해 Jeol사의 전계방출형 주사현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)에 의해 분석되었으며, 표면의 발수 특성과 화학적 성분은 Kruss사의 접촉각 측정장치(Contact angle Analyzer)와 ULVAC-PHI사의 X-선 광전자 분광기 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)를 사용하여 각각 분석하였다.

성능/효과

HCl에 대한 Al의 식각과정에서 Al 표면에 존재하는 산화 Al 층이 완전히 제거된 후 (2단계 식각과정에서) 형성되는 Al의 표면 미세구조는 최대 141° 의 물방울 접촉각을 갖는 소수성을 갖는 것이 확인되었다.
PTFE의 박막 두께가 30 nm 이하일때 접촉각이 160° 이상의 매우 우수한 초 발수 표면이 형성되는 것을 확인하였으며, PTFE 박막의 두께가 증가할수록 접촉각은 감소하며, 600 nm 이상에서는 접촉각이 151.1°의 일정한 값을 갖는 것이 확인되었다.
따라서 rf-sputtered PTFE 박막에 있는 과잉(excess)의 CF3는 CF2와 함께 식각된 Al 기판의 표면에너지를 낮추고 그 결과, 160° 이상의 물방울 접촉각을 갖는 고도의 초 발수 표면을 형성하는 것으로 사료된다.
본 연구에서는 다양한 농도의 HCl 용액에 식각된 Al 표면에 고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 사용하여 5 nm∼2000 nm의 두께를 갖는 PTFE 박막들을증착하였으며, 이들의 소수 특성 (hydrophobicity)이식각된 Al의 표면에 형성된 기하학적 미세구조 (geometrical micrstructure)와 그 위에 코팅된 PTFE 박막의 두께에 의존하는 것이 확인되었다.
이는 HCl의 농도와는 무관하며, 농도에 관계없이 산화된 Al 층이 HCl 용액에 의해 완전히 제거된 후에는 PTFE 박막을 코팅함으로써 150° 이상의 접촉각을 갖는초 발수 표면을 달성할 수 있었다. 특히 식각 후 Al 기판에 형성된 표면 미세구조의 형상을 유지할 수 있도록 가능한 한 PTFE 박막의 두께를 최소화 할수록 접촉각은 증가하는 것이 확인되었다. 분 실험에서는 10 nm이하의 PTFE 박막에서 160° 이상의 접촉각을 갖는 고도의 초-발수 표면을 달성하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	표면의 젖음성은 무엇에 의존하는가?	표면의 젖음성(wet-ability)은 매우 중요한 성질이며, 이는 표면의 화학적성분과 기하학적 미세구조 (geomewtrical microstructure)에 의존한다. 최근에는 150o 이상의 접촉각을 갖는 초-발수성(superhydrophobic) 표면에 대해 많은 관심과 흥미가 유발 되고 있다.
	초발수의 표면은 어떤 기능성을 가지고 있는가?	최근에는 150o 이상의 접촉각을 갖는 초-발수성(superhydrophobic) 표면에 대해 많은 관심과 흥미가 유발 되고 있다. 초발수의 표면에서는 물방울이 쉽게 구르기 때문에, 방수, 방담, 방상, 착설 방지, 건축자재, 화장품, 섬유처리, 전자용 부재, 조수에 의한 부식 방지 등의 기능성이 있어 산업 공정은 물론 일상생활에서도 응용 가능하다.
	폴리 테트라플루오르에틸렌는 어떤 특성을 가지고 있는가?	또한, 스퍼터링법 및 전자-선 증착법과 같은 물리적 증착법 또는 화학기상 증착법에 의해 제작된 폴리 테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 박막이 발수 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. PTFE는 탄소와 불소로 구성되어, 기계적 강도와 열적 또는 화학적 안정성이 클 뿐만 아니라, 낮은 유전 상수를 갖는 우수한 절연성을 갖고 있기 때문에 방오, 발수, 내구성 및 내부식성 코팅, 전기 절연막 등과 같은 다양한 분야에서 활발하게 연구되고 있다.

참고문헌 (16)

H. Y. Erbil, A. L. Demirel, Y. Avci, and O. Mert, Science. 299, 1377 (2003).

상세보기
J. Bico, and C. Marzolin, D. Quere., Europhys. Lett. 47, 220 (1999).

상세보기
T. Onda, S. Shibuichi, N. Satoh, and K. T. sujii, American. Chemical. Society. 12, 2125 (1996).
K. Tadanaga, J. Morinaga, and T. J. Minami, J. Sol-Gel. Sci Technol. 19, 211, (2000).

상세보기
S. Shibuichi, T. Yamamoto, T. Onda, and K. Tsujii, J. Phys. Chem. 100, 19512, (1996).

상세보기
S. Coulson, I. Woodward, J. Badyal, S. A. Brewer, and C. Willis, J. Phys. Chem. 104, 8836, (2000).

상세보기
S. Siau, A. Vervaet, A. V. Calster, I. Swennen, and E. Schacht, Appl. Surf. Sci. 237, 457, (2004).

상세보기
J. M. Montero-Moreno, M. Sarret, and C. Muller. Surf. Coat. Tech. 201, 6352, (2007).

상세보기
V. Kapaklis, A. Georgiopoulos, P. Poulopoulos, and C. Politis, Physica. E. 38, 44, (2007).

상세보기
D. Aurongzeb, J. Phys. Matter. 17, 2655, (2005).

상세보기
W. Ming, D. Wu, R. van Benthem, G. de, Nano. Lett. 5, 2298, (2005).

상세보기
Y. Zhang, G. H. Yang, E. T. Kang, K. G. Neoh, W. Huang, A. C. H. Huan, and S. Y. Wu. Langmuir 18, 6373, (2002).

상세보기
M. E. Ryan, J. L. C. Fonseca, S. Tasker, and J. P. S. Badyal, J. Phys. Chem. 99, 7060, (1995).

상세보기
V. Stelmashuk, H. Biederman, D. Slavinska, J. Zemek, and M. Trchova. Vacuum 77, 131, (2005).

상세보기
D. S. Bodas, A. B. Mandale, and S. A. Gangal. Appl. Surf. Sci. 245, 202, (2005).

상세보기
Y. Pihosh, H. Biederman, D. Slavinska, J. Kousal, A. Choukourov, M. Trchova, A. Mackova, and A. Boldyryeva, Vacuum. 81, 38, (2006).

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