[논문]마이크로 기둥 구조의 크기가 소유성 특성 발현에 미치는 영향

김남경; 김해지

doi:10.14775/ksmpe.2018.17.5.091

마이크로 기둥 구조의 크기가 소유성 특성 발현에 미치는 영향
The Effect of Dimensions of Micro-post on Oleophobic Property 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.17 no.5, 2018년, pp.91 - 96

김남경 (경남과학기술대학교 자동차공학과) , 김해지 (경남과학기술대학교 자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The oleophobic property of surfaces modified with micro-post structures are investigated for a range of micro-post diameter ($11-23{\mu}m$) and pitch ($20-40{\mu}m$). The contact angle of an oil droplet on surfaces with various micro-post dimensions was calculated using the Cassie-Baxter model and did not show a good agreement with the measured contact angle. From measurement, the micro-post with diameter of $23{\mu}m$ and pitch of $32{\mu}m$ was found to have the highest contact angle ($134.3^{\circ}$).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이때 PR층의 극성(polarity)에 따라 빛이 조사된 영역이 잔존하거나 용해된다. 본 연구에서는 Positive 극성의 PR을 사용하여 UV가 조사된 영역이 현상(development)공정에서 용해되었다. 현상공정 후 형성된 PR 패턴을 etch-barrier로 사용하여 deep reactive ion etching(DRIE) 공정을 통하여 실리콘에 패턴을 전사하였다.
본 연구에서는 마이크로 기둥 구조를 갖는 소유성 표면 설계 방법에 대하여 제안하였다. 표면에 마이크로 기둥이 존재할 때 Cassie-Baxter 수식의 유효성을 검증하기 위하여, 다양한 지름 및 pitch를 갖는 마이크로 기둥을 제작하고 물과 오일에 대한 표면의 습윤도를 측정하였다.
본 연구에서는 마이크로 기둥의 피치가 50㎛ 이하인 영역에서 오일에 대한 접촉각 변화 추이를 살펴보았다. 이때 마이크로 기둥의 높이는 30㎛로 고정하고, 지름을 최소 11㎛에서 3㎛ 간격으로 최대 23㎛ 까지, 기둥간의 pitch는 최소 20㎛에서 3㎛ 간격으로 최대 44㎛ 까지 변화시켜가며 지름 및 pitch에 따른 표면의 소유성 특성을 살펴보았다.
본 연구에서는 버섯형태의 미세구조물의 근간이 되는 마이크로 기둥의 지름 및 피치 등이 소유성 효과 구현에 미치는 영향을 살펴보았다. 지름 및 피치가 소유성 특성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 다양한 지름 및 피치를 갖는 마이크로 기둥을 포토리소그래피(photolithography)로 제작하고 설정된 변수 내에서의 최적의 소유성 효과를 나타내는 지름 및 피치 변수를 확인하였다.

제안 방법

현상공정 후 형성된 PR 패턴을 etch-barrier로 사용하여 deep reactive ion etching(DRIE) 공정을 통하여 실리콘에 패턴을 전사하였다. DRIE 공정 후 실리콘 패턴 위에 존재하는 PR 패턴을 Plasma ashing 공정으로 제거하고 Fluorooctyltrichlorosilane(FOTS) 물질을 기상증착법으로 자기조립 단분자막(self-assembled monolayer)을 형성하였다 제작된 결과를 Fig. 3에 나타내었다. Fig.
먼저 4인치 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅 공정으로 photoresist(PR) 층을 형성시킨다. 그 후 quartz 마스크를 형성된 PR층 위에 밀착하여 위치시키고 UV light를 조사한다. 이때 PR층의 극성(polarity)에 따라 빛이 조사된 영역이 잔존하거나 용해된다.
5 mN/m 이다. 다양한 지름 및 pitch를 갖는 마이크로 기둥에 대한 유채씨유의 접촉각 측정을 위하여 Fig. 4와 같이 유체씨유 액적을 형성시켜 접촉각을 측정하였다.
본 연구에서는 마이크로 기둥의 피치가 50㎛ 이하인 영역에서 오일에 대한 접촉각 변화 추이를 살펴보았다. 이때 마이크로 기둥의 높이는 30㎛로 고정하고, 지름을 최소 11㎛에서 3㎛ 간격으로 최대 23㎛ 까지, 기둥간의 pitch는 최소 20㎛에서 3㎛ 간격으로 최대 44㎛ 까지 변화시켜가며 지름 및 pitch에 따른 표면의 소유성 특성을 살펴보았다.
접촉각 측정은 Phoenix 150/300(SEO)으로 동적 접촉각을 측정하였으며 측정 유체는 물과 유채씨유(rapeseed oil)로 선정하였으며 300 지름의 니들을 이용하여 약 6μl의 유체를 2㎜의 지름을 갖도록 유체 액적을 형성하여 접촉각을 측정하였다.
제작된 표면의 소유성 특성을 확인하기 위하여 접촉각 측정 실험을 수행하였다. 접촉각 측정은 Phoenix 150/300(SEO)으로 동적 접촉각을 측정하였으며 측정 유체는 물과 유채씨유(rapeseed oil)로 선정하였으며 300 지름의 니들을 이용하여 약 6μl의 유체를 2㎜의 지름을 갖도록 유체 액적을 형성하여 접촉각을 측정하였다.
본 연구에서는 버섯형태의 미세구조물의 근간이 되는 마이크로 기둥의 지름 및 피치 등이 소유성 효과 구현에 미치는 영향을 살펴보았다. 지름 및 피치가 소유성 특성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 다양한 지름 및 피치를 갖는 마이크로 기둥을 포토리소그래피(photolithography)로 제작하고 설정된 변수 내에서의 최적의 소유성 효과를 나타내는 지름 및 피치 변수를 확인하였다.
본 연구에서는 마이크로 기둥 구조를 갖는 소유성 표면 설계 방법에 대하여 제안하였다. 표면에 마이크로 기둥이 존재할 때 Cassie-Baxter 수식의 유효성을 검증하기 위하여, 다양한 지름 및 pitch를 갖는 마이크로 기둥을 제작하고 물과 오일에 대한 표면의 습윤도를 측정하였다. 물의 경우 Cassie-Baxter 모델로 예측되는 접촉각과 실제 측정한 접촉각이 약 10% 정도 예측 접촉각이 높게 나타났지만, 선폭에 따라 접촉각이 증가하는 경향성은 일치하였다.
본 연구에서는 Positive 극성의 PR을 사용하여 UV가 조사된 영역이 현상(development)공정에서 용해되었다. 현상공정 후 형성된 PR 패턴을 etch-barrier로 사용하여 deep reactive ion etching(DRIE) 공정을 통하여 실리콘에 패턴을 전사하였다. DRIE 공정 후 실리콘 패턴 위에 존재하는 PR 패턴을 Plasma ashing 공정으로 제거하고 Fluorooctyltrichlorosilane(FOTS) 물질을 기상증착법으로 자기조립 단분자막(self-assembled monolayer)을 형성하였다 제작된 결과를 Fig.

이론/모형

접촉각 측정은 Phoenix 150/300(SEO)으로 동적 접촉각을 측정하였으며 측정 유체는 물과 유채씨유(rapeseed oil)로 선정하였으며 300 지름의 니들을 이용하여 약 6μl의 유체를 2㎜의 지름을 갖도록 유체 액적을 형성하여 접촉각을 측정하였다. 여기서 물을 이용한 접촉각 측정 실험은 기존의 Cassie-Baxter 모델의 검증 실험을 위하여 수행되었다. 물의 표면장력(surface tension)은 72.

성능/효과

2.2절에서 살펴본 바와 같이, Cassie-Baxter model이 표면에 미세구조물이 원기둥 형태일 경우 지름 및 pitch에 따라 접촉각이 변화된다. Fig.
본 연구에서 실험적으로 최적화된 지름 및 피치를 갖는 마이크로 기둥을 가시광 영역에서 높은 투과도를 갖는 폴리머 필름에 형성하고, 디스플레이에 붙이거나 디스플레이의 최외곽 면에 직접 성형하는 방법 등으로 디스플레이 표면에 소유성 특성을 부여할 수 있다 또한, 마이크로 기둥 위 나노 구조를 형성하는 계층 구조물 (hierarchical structures) 또는 마이크로 기둥 위 반구 구조를 형성하는 버섯 형태의 구조물을 형성한다면 표면에 마이크로 기둥이 단일로 존재할 경우보다 소유성 효과가 향상될 수 있다.
오일에 대한 접촉각 측정 결과를 살펴볼 때 지름이 23㎛, pitch 32 ㎛ 가 일 때 오일의 접촉각이 134.3°로 가장 크게 측정되었다.
, 통해 생체 모방 미세구조물을 기반으로 소유성 특성을 최적화하기 위하여 다양한 형태의 미세 구조물이 제안되었다^[4-9]. 제안된 미세 구조물 중 버섯 형태의 미세구조물이 액적(liquid droplet)과 맞닿을 때 re-entrant curvature를 제공하기 때문에 소유성 효과가 향상될 수 있음이 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소유성 표면이란 무엇인가?	초기의 소유성 표면(oleophobic surface)은 대부분 코팅 방식으로 구현되어 왔다. 여기서 소유성 표면이란 기름에 친화력이 없는 표면을 의미하며, 코팅 방식은 물체 표면에 알킬실란, 실리콘, 솔벤트 등이 함유된 화학 물질을 도포 또는 기상 증착(vapor deposition)하여 표면에 소유성 특성을 부여하는 것을 의미한다. 이러한 화학적 코팅 방식의 소유성 특성 발현 원리는 물체의 최외곽 표면의 극성(polarity)을 개질시켜, 극성을 갖거나 또는 갖지 않는 물 또는 기름 등을 밀어내는 것이다.
	화학적 방식의 소유성 표면 구현 방식의 한계는 무엇인가?	이러한 화학적 코팅 방식의 소유성 특성 발현 원리는 물체의 최외곽 표면의 극성(polarity)을 개질시켜, 극성을 갖거나 또는 갖지 않는 물 또는 기름 등을 밀어내는 것이다. 하지만 이러한 코팅 방식은 손가락이 접촉 또는 문대어 작동하는 터치스크린의 특성상 기계적인 마모로 인하여 장기적인 성능 유지가 어렵다. 또한, 해당 기술은 독성의 화학 물질을 이용하는 방식으로 현시점 친환경기술의 중요성이 나날이 증가하고 있는 점을 미루어볼 때 적절한 소유성 표면 구현기술로 보기 어렵다. 전술한 바와 같이 화학적 방식의 소유성 표면 구현 방식의 한계로 인하여 다양한 연구자들을 통해 표면에 미세 구조를 형성하여 표면에너지를 낮추는 방식이 제안되었다.
	화학적 코팅 방식의 소유성 특성 발현 원리는 무엇인가?	여기서 소유성 표면이란 기름에 친화력이 없는 표면을 의미하며, 코팅 방식은 물체 표면에 알킬실란, 실리콘, 솔벤트 등이 함유된 화학 물질을 도포 또는 기상 증착(vapor deposition)하여 표면에 소유성 특성을 부여하는 것을 의미한다. 이러한 화학적 코팅 방식의 소유성 특성 발현 원리는 물체의 최외곽 표면의 극성(polarity)을 개질시켜, 극성을 갖거나 또는 갖지 않는 물 또는 기름 등을 밀어내는 것이다. 하지만 이러한 코팅 방식은 손가락이 접촉 또는 문대어 작동하는 터치스크린의 특성상 기계적인 마모로 인하여 장기적인 성능 유지가 어렵다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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