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KR101434257B1 - Nano structure comprising photocatalyst layer and method of fabricating the same - Google Patents

Nano structure comprising photocatalyst layer and method of fabricating the same Download PDF

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KR101434257B1
KR101434257B1 KR1020120096171A KR20120096171A KR101434257B1 KR 101434257 B1 KR101434257 B1 KR 101434257B1 KR 1020120096171 A KR1020120096171 A KR 1020120096171A KR 20120096171 A KR20120096171 A KR 20120096171A KR 101434257 B1 KR101434257 B1 KR 101434257B1
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pattern
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 자기 세정 효과와 더불어 낮은 표면 에너지를 갖는 화학물질이 양호하게 코팅되며 별도의 나노 마스크를 이용하지 않는 나노 구조체 및 이의 형성방법을 구현하기 위하여, 기판의 적어도 일면 상에 형성된 나노 돌기 패턴 및 상기 나노 돌기 패턴 상의 적어도 일부 영역에 형성된 광촉매층을 포함하고, 상기 광촉매층은 상기 나노 돌기 패턴의 오목한 골에 형성되고 상기 나노 돌기 패턴의 최상부에는 형성되어 있지 않은, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체 및 이의 형성방법을 제공한다. In order to realize a nanostructure and a method of forming the nanostructure that do not use a separate nanomask, a nanostructure pattern formed on at least one surface of the substrate and a nanostructure pattern And a photocatalyst layer formed on at least a part of the nano-prism pattern, wherein the photocatalyst layer is formed on concave valleys of the nano-prism pattern and not on the top of the nano-prism pattern, And provides a method of forming the same.

Description

광촉매층을 포함하는 나노 구조체 및 이의 형성방법{Nano structure comprising photocatalyst layer and method of fabricating the same}The present invention relates to a nanocomposite comprising a photocatalyst layer and a method for forming the same,

본 발명은 나노 구조체 및 이의 형성방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광촉매층을 포함하는 나노 구조체 및 이의 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nanostructure and a method of forming the nanostructure, and more particularly, to a nanostructure including a photocatalyst layer and a method of forming the nanostructure.

일반적으로 발수성의 표면 제조 기술은 물체의 표면에 낮은 표면 에너지를 갖는 화학물질을 코팅하여 고체의 표면에 액체가 접촉할 때 90°이상이 되도록 하는 기술이다. Generally, a water repellent surface preparation technique is a technique of coating a chemical having a low surface energy on the surface of an object so that the liquid is brought into contact with the surface of the solid at an angle of 90 ° or more.

표면의 화학적 성질인 표면에너지와 그에 따른 성질에 따라 표면 에너지가 물의 표면 장력보다 작은 경우 접촉각은 0°에서부터 증가하기 시작하여 110°이상이 되면 고발수성이라고 하고, 150°이상이 되면 초발수성(super-hydrophobic)이라고 한다. 하지만 150°이상의 높은 접촉각을 얻기 위해서는 물체의 표면에 낮은 표면 에너지를 갖는 화학물질을 코팅하는 것과 더불어, 표면에 물리적 구조를 형성시키는 것이 필요하다. 표면제조에 관해서는 연꽃잎과 같은 구조를 모사하는 방향으로 이루어지고 있고, 이를 위해서 마이크로 구조와 나노 구조에 관한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 종래의 나노 패턴을 표면에 형성시키는 방법은 나노 마스크를 이용한 패턴을 형성하는 방법이 있다.If the surface energy is less than the surface tension of the water depending on the chemical properties of the surface and the properties of the surface, the contact angle starts to increase from 0 °. If the surface energy is above 110 °, it is called high water. -hydrophobic). However, in order to obtain a high contact angle of 150 ° or more, it is necessary to form a physical structure on the surface, in addition to coating a chemical having a low surface energy on the surface of the object. As for the surface preparation, the microstructure and the nanostructure are studied in order to simulate the same structure as the soft petal. A conventional method of forming a nano-pattern on a surface includes a method of forming a pattern using a nano-mask.

그러나 나노 마스크는 고가의 전자빔 또는 이온빔 장치를 이용하게 된다는 문제점이 있었다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 나노 마스크를 이용하지 않으면서 나노 패턴을 포함하는 나노 구조체 및 이의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가, 자기 세정 효과와 더불어 낮은 표면 에너지를 갖는 화학물질이 양호하게 코팅된 나노 구조체 및 이의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. However, there is a problem that the nano mask uses an expensive electron beam or an ion beam device. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a nanostructure including a nanostructure without using a separate nanomask and a method of forming the nanostructure. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a nanostructure and a method of forming the nanostructure in which a chemical having a low surface energy is well coated with a self-cleaning effect. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따른 광촉매층을 포함하는 나노 구조체가 제공된다. 상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체는 기판의 적어도 일면 상에 형성된 나노 돌기 패턴 및 상기 나노 돌기 패턴 상의 적어도 일부 영역에 형성된 광촉매층을 포함한다. 상기 광촉매층은 상기 나노 돌기 패턴의 오목한 골에 형성되고 상기 나노 돌기 패턴의 최상부에는 형성되지 않는다. There is provided a nanostructure comprising a photocatalyst layer according to one aspect of the present invention. The nanostructure including the photocatalyst layer includes a nano-dent pattern formed on at least one surface of the substrate and a photocatalyst layer formed on at least a portion of the nano-dent pattern. The photocatalyst layer is formed on concave valleys of the nano-bump pattern and is not formed on the top of the nano-bump pattern.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체에서, 상기 기판은 글래스, 금속 또는 고분자재료를 포함할 수 있다. In the nanostructure including the photocatalyst layer, the substrate may include a glass, a metal, or a polymer material.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체에서, 상기 광촉매층은 이산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO) 또는 황화카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다. In the nano structure including the photocatalyst layer, the photocatalyst layer may be formed of at least one selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide Cadmium (CdS).

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체에서, 상기 나노 돌기 패턴 상에 형성된 발수코팅층을 더 포함할 수 있고, 상기 광촉매층은 상기 발수코팅층 상에 존재한다. The nano structure including the photocatalyst layer may further include a water repellent coating layer formed on the nano protruding pattern, and the photocatalyst layer is present on the water repellent coating layer.

본 발명의 다른 관점에 따른 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법이 제공된다. 상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법은 기판의 적어도 일면 상에 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계 및 상기 나노 돌기 패턴 상에 광촉매층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광촉매층을 형성하는 단계는 상기 나노 돌기 패턴의 오목한 골에 형성하고 상기 나노 돌기 패턴의 최상부에는 형성하지 않는 단계를 포함한다. A method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to another aspect of the present invention is provided. The method of forming a nano structure including the photocatalyst layer includes forming a nano-prism pattern on at least one surface of a substrate and forming a photocatalyst layer on the nano-prism pattern, wherein the step of forming the photocatalyst layer And forming the nano-bump pattern on concave valleys of the nano-bump pattern and not forming the top of the nano-bump pattern.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 광촉매층을 형성하는 단계는, 상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계 및 상기 광촉매층의 일부를 식각하여 상기 나노 돌기 패턴의 최상부 상에 형성된 광촉매층을 제거하는 단계를 포함한다. In the method of forming a nano structure including the photocatalyst layer, the step of forming the photocatalyst layer may include forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-prism pattern, and etching a part of the photocatalyst layer, And removing the photocatalyst layer formed on the photocatalyst layer.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 비드(bead)들을 포함하는 비드분산용액을 코팅하여 비드층을 형성하는 단계 및 상기 비드층을 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각함으로써, 상기 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 비드는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 또는 폴리스티렌(polystyrene)을 포함할 수 있다. In the method of forming a nano-structure including the photocatalyst layer, the step of forming the nano-bump pattern may include forming a bead layer by coating a bead dispersion solution containing beads on the substrate, And forming the nano-bump pattern by etching the substrate using the mask as a mask. In this case, the beads may include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), or polystyrene.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계는 상기 나노 돌기 패턴의 전면 상에 정전분무코팅법에 의하여 광촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of forming a nano structure including the photocatalyst layer, the step of forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-bump pattern may include forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-bump pattern by electrostatic spray coating .

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계는 광촉매 액상전구체를 준비하는 단계, 상기 광촉매 액상전구체를 전압이 인가된 노즐을 통하여 상기 나노 돌기 패턴 상에 액적 상태로 분무하는 단계 및 상기 나노 돌기 패턴 상에 액적 상태로 분무된 광촉매 액상전구체를 건조 및 분해하여 광촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of forming a nano structure including the photocatalyst layer, the step of forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-prism pattern may include a step of preparing a photocatalyst liquid precursor, a step of forming the photocatalyst liquid precursor through the nano- Forming a photocatalyst layer by drying and decomposing a photocatalyst liquid precursor sprayed in a droplet state on the nano protrusion pattern;

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 광촉매 액상전구체를 건조 및 분해하여 광촉매층을 형성하는 단계는, 상기 광촉매 액상전구체를 가열하는 단계 및 상기 광촉매 액상전구체에 마이크로파를 조사하는 단계 중에서 적어도 어느 하나의 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of drying and decomposing the photocatalyst liquid precursor to form a photocatalyst layer comprises the steps of heating the photocatalyst liquid precursor and irradiating microwave to the photocatalyst liquid precursor And may include at least one of the steps.

상기 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법에서, 상기 광촉매 액상전구체는 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide), 티타늄 화합물, 이산화티타늄 입자 및 콜로이드 중 어느 하나 이상과, 용매를 포함할 수 있다. In the method of forming a nanocomposite including the photocatalyst layer, the photocatalyst liquid precursor may include at least one of titanium alkoxide, titanium compound, titanium dioxide particle, and colloid, and a solvent.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 나노 마스크를 이용하지 않으면서 나노 패턴을 포함하는 나노 구조체 및 이의 형성방법을 제공할 수 있다. 나아가, 자기 세정 효과와 더불어 낮은 표면 에너지를 갖는 화학물질이 양호하게 코팅된 나노 구조체 및 이의 형성방법을 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention as described above, a nanostructure including a nanopattern and a method of forming the nanostructure can be provided without using a separate nanomask. Further, it is possible to provide a nanostructure and a method for forming the same, which are well coated with a chemical having a low surface energy together with a self-cleaning effect.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법을 순차적으로 도해하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법을 도해하는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체 상에 오염물질이 형성된 경우 광촉매층에 의하여 오염물질을 분해하는 과정을 도해하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전분무코팅법을 이용한 광촉매 박막 형성방법에 사용된 정전분무코팅장치의 구성도이다. 1 to 5 are sectional views sequentially illustrating a method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to another embodiment of the present invention.
7A and 7B are cross-sectional views illustrating a process of decomposing contaminants by a photocatalyst layer when contaminants are formed on a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a configuration diagram of an electrostatic spray coating apparatus used in a method of forming a photocatalytic thin film by the electrostatic spray coating method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. In the drawings, the components may be exaggerated or reduced in size for convenience of explanation.

본 실시예를 설명하는 과정에서 언급하는 "상의" 또는 "하의" 와 같은 용어들은 도면에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 상대적 용어들은 도면에서 묘사되는 방향과 별도로 구조체의 다른 방향들을 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 예를 들어, 도면들에서 구조체의 상하가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "상의" 및 "하의" 방향 모두를 포함할 수 있다. Terms such as " top "or" bottom "referred to in the description of the present embodiment can be used to describe the relative relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. That is, relative terms may be understood to include different directions of the structure apart from the directions depicted in the figures. For example, if the top and bottom of the structure are inverted in the figures, the elements depicted as being on the top surface of the other elements will have a direction on the bottom surface of the other elements. The term "topsheet " as used herein, therefore, may include both" top "and" bottom "directions, depending on the particular orientation of the figures.

또한, 본 실시예를 설명하는 과정에서, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 "(전기적으로) 연결"된다고 언급할 때는, 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소의 직접 상에 위치하거나, 상기 다른 구성요소에 직접 (전기적으로) 연결되는 것을 의미할 수도 있으나, 나아가, 하나 또는 둘 이상의 개재하는 구성요소들이 그 사이에 존재할 수 있음을 의미할 수도 있다. 하지만, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소의 "직접 상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 "직접 (전기적으로) 연결"된다거나, 또는 다른 구성요소에"직접 접촉"한다고 언급할 때는, 별도의 언급이 없다면 그 사이에 개재하는 구성요소들이 존재하지 않음을 의미한다. Further, in the process of describing the present embodiment, when it is mentioned that an element is located on another element, or is "electrically connected" to another element, Directly or (directly) electrically connected to the other component, but may also mean that one or more intervening components may be present therebetween. However, when an element is referred to as being "directly on" another element, "directly (electrically) connected" to another element, or "directly in contact" with another element, If there is no, it means that there are no intervening components in between.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법을 순차적으로 도해하는 단면도이다.1 to 5 are sectional views sequentially illustrating a method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(105) 상에 비드(bead)들을 포함하는 비드분산용액을 코팅하여 비드층(110)을 형성한다. 기판(105)은 글래스, 금속 또는 고분자 재료를 포함할 수 있으며, 상기 비드는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 또는 폴리스티렌(polystyrene)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a bead dispersion solution containing beads is coated on a substrate 105 to form a bead layer 110. The substrate 105 may comprise a glass, metal or polymeric material and the bead may comprise silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ) or polystyrene.

기판(105)은 후술하는 나노 돌기 패턴(105a)의 모재로서, 그 용도에 따라서 다양한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(105)은 발수성, 발유성 또는 광투과성을 부분적으로 필요로 하는 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 세라믹은 글래스를 포함할 수 있다. 예컨대, 글래스 기판은 리소그래피용 마스크로 이용되거나, 건물 또는 자동차의 창문에 이용될 수 있고, 판 글래스와 같은 소다라임 글래스 기판이 이용될 수 있다. 다른 예로, 기판(105)은 발수성 또는 발유성을 부분적으로 필요로 하는 금속을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 기판(105)은 임의의 재질의 바디부를 갖고, 그 바디부 상에 나노 패턴을 필요로 하는 금속 또는 세라믹과 같은 무기물 표면부를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 기판(105)은 폴리이미드, 폴리에틸렌 등과 같은 고분자 재료를 포함할 수 있다. The substrate 105 is a base material for the nano-bump pattern 105a described later, and may have various materials depending on its use. For example, the substrate 105 may include ceramics that partially require water repellency, oil repellency, or light transmission. The ceramic may comprise glass. For example, the glass substrate may be used as a mask for lithography, a window of a building or an automobile, and a soda lime glass substrate such as a plate glass may be used. In another example, the substrate 105 may include a metal that partially needs water repellency or oil repellency. As another example, the substrate 105 may have any body portion of material and may include an inorganic surface portion, such as a metal or ceramic, that requires a nanopattern on the body portion. As another example, the substrate 105 may comprise a polymeric material such as polyimide, polyethylene, and the like.

본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법으로, 글래스를 포함하는 기판(105)이 제공되고, 기판(105) 상에 실리카를 포함하는 비드층(110)을 형성할 수 있다. 실리카를 포함하는 비드층(110)은 실리카 비드들을 포함하는 실리카 분산용액을 코팅하여 형성할 수 있다. 실리카 분산용액의 제조방법은 물, 알콜 및 유기 용매 등에 실리카 비드를 혼합하여 형성할 수 있으며, 다양한 방법을 이용하여 글래스를 포함하는 기판(105) 상에 코팅할 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating)법, 딥(dip) 코팅법 및 스프레이 코팅법 등을 이용하여 기판 상에 코팅할 수 있다.A method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention includes providing a substrate 105 including glass and forming a bead layer 110 including silica on the substrate 105 . The bead layer 110 comprising silica may be formed by coating a silica dispersion solution comprising silica beads. The silica dispersion solution may be prepared by mixing silica beads with water, alcohols, organic solvents, etc., and may be coated on the glass substrate 105 using various methods. For example, it can be coated on a substrate by using a spin coating method, a dip coating method, a spray coating method, or the like.

스핀 코팅법의 경우, 예를 들어, 유기 용매 등에 비드를 혼합한 혼합용액을 스포이트 등을 이용하여 기판(105) 상에 떨어뜨리고, 기판(105)을 회전시켜 비드분산용액을 고르게 분포시킬 수 있다. 딥 코팅법의 경우, 예를 들어, 기판(105)을 세정한 후에, 비드입자를 물에 분산시킨 분산액에 기판(105)을 침지하였다가 꺼낸 후 물을 증발 시켜서 비드입자들을 기판(105) 상에 코팅 할 수 있다. 스프레이 코팅법은, 예를 들어, 압축 공기를 써서 그 압축 공기와 같이 비드분산용액을 기판(105)에 분무하여 도포하는 방법으로 코팅할 수 있다.In the case of the spin coating method, for example, a mixed solution obtained by mixing beads in an organic solvent or the like may be dropped onto the substrate 105 using a dropper, etc., and the substrate 105 may be rotated to evenly distribute the bead dispersion solution . In the case of the dip coating method, for example, after washing the substrate 105, the substrate 105 is immersed in a dispersion liquid in which bead particles are dispersed in water, and then the water is evaporated to remove bead particles from the substrate 105 . The spray coating method can be coated by, for example, spraying the bead dispersion solution onto the substrate 105 by using compressed air as compressed air.

이렇게 코팅된 비드분산용액은 건조되어 비드층(110)을 형성할 수 있다. 비드층(110)의 토폴로지(topology)는 인접하는 비드들 사이에 개구를 포함할 수 있다. 즉, 비드는 입자로 존재하므로 비드분산용액이 건조되어 비드층(110)을 형성하더라도 비드들 사이는 빈 공간이 형성될 수 있다. 비드층(110)을 형성하는 비드들 사이의 개구 사이로 글래스 기판(105)이 노출될 수 있다. 여기에서 비드층(110)을 형성하는 비드들의 직경 및/또는 비드들 사이의 개구의 크기는 통상적으로 나노 사이즈를 가질 수 있다. The coated bead dispersion solution may be dried to form the bead layer 110. The topology of the bead layer 110 may include openings between adjacent beads. That is, since the beads are present as particles, even if the bead dispersion solution is dried to form the bead layer 110, an empty space may be formed between the beads. The glass substrate 105 can be exposed between the openings between the beads forming the bead layer 110. Here, the diameter of the beads forming the bead layer 110 and / or the size of the openings between the beads can typically have a nano size.

도 2를 참조하면, 비드층(110)을 마스크로 하여 기판(105)을 식각함으로써, 나노 돌기 패턴(105a)을 형성한다. 기판(105)을 식각하는 과정에서 비드층(110)은 식각 저지층 또는 식각 지연층의 역할을 하므로, 비드층(110)을 형성하는 비드들 사이의 개구에 의해 노출된 기판(105)의 제 1 부분은 비드층(110)에 의해 덮인 기판(105)의 제 2 부분보다 우선적으로 식각될 수 있다. Referring to FIG. 2, the substrate 105 is etched using the bead layer 110 as a mask to form a nano-bump pattern 105a. Since the bead layer 110 serves as an etching stop layer or an etching retardation layer in the process of etching the substrate 105, the substrate 105 exposed by the opening between the beads forming the bead layer 110 1 may be preferentially etched prior to the second portion of the substrate 105 that is covered by the bead layer 110.

따라서 개구를 포함하는 토폴로지를 가지는 비드층(110)을 마스크로 이용하여 기판(105)을 식각함으로써, 기판(105)의 상부면에서 나노 사이즈의 단차를 가지는 나노 돌기 패턴(105a)이 형성될 수 있다. 나노 돌기 패턴(105a)은 상대적으로 돌출된 상부면(T)과 상대적으로 리세스된 오목한 골(U)을 포함한다. 나노 돌기 패턴(105a)에서 상기 돌출된 상부면(T)은 비드층(110)을 형성하는 비드들이 위치한 영역에 대응되고, 상기 리세스된 오목한 골(U)은 비드층(110)을 형성하는 비드들 사이의 개구 영역에 대응될 수 있다. Thus, by etching the substrate 105 using the bead layer 110 having the topology including the openings as a mask, a nano-bump pattern 105a having nano-sized steps can be formed on the upper surface of the substrate 105 have. The nano-bump pattern 105a includes a relatively protruded top surface T and a recessed valley U relatively recessed. The protruded top surface T in the nano protrusion pattern 105a corresponds to the area where the beads forming the bead layer 110 are located and the recessed concave bone U forms the bead layer 110 May correspond to the opening area between the beads.

한편, 도 1 및 도 2에서는, 예시적으로, 비드층(110)이 단일한 입자층으로 구성된 것으로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 비드층(110)은 단일한 입자층 및/또는 복수의 입자층으로 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 비드들의 높이단차와 비드들 사이의 개구를 포함하는 토폴로지를 가지는 비드층(110)을 마스크로 이용하여 기판(105)을 식각함으로써, 기판(105)의 상부면에서 나노 사이즈의 단차를 가지는 나노 돌기 패턴(105a)이 형성될 수 있다. 1 and 2 illustrate that the bead layer 110 is composed of a single particle layer, the technical idea of the present invention is not limited to this. For example, the bead layer 110 may have a single One particle layer and / or a plurality of particle layers. Also in this case, by etching the substrate 105 using the bead layer 110 having the topology including the height step of the beads and the opening between the beads as a mask, the nano- The nano-bump pattern 105a may be formed.

도 3 및 도 4를 참조하면, 우선, 나노 돌기 패턴(105a) 상에 잔류하는 비드층(110)을 제거함으로써 나노 돌기 패턴(105a)을 완성한다. 계속하여, 나노 돌기 패턴(105a)의 전면(全面) 상에 광촉매층(150)을 형성한다. 광촉매층(150)은 일정 에너지 이상을 갖는 광을 받으면 여기되어 활성화되어 강력한 산화 및/또는 환원 능력을 갖는 광촉매물질을 포함한다. 즉, 광촉매층(150)은 이산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO) 또는 황화카드뮴(CdS)과 같은 광촉매물질을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, first, the nano protrusion pattern 105a is completed by removing the remaining bead layer 110 on the nano protrusion pattern 105a. Subsequently, the photocatalyst layer 150 is formed on the entire surface of the nano-bump pattern 105a. The photocatalyst layer 150 includes a photocatalyst material having a strong oxidizing and / or reducing ability when excited by light having a predetermined energy or higher. That is, the photocatalyst layer 150 may be formed of a material such as titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), or cadmium sulfide Photocatalytic material.

예를 들어, 이산화티타늄(TiO2)은 약 3.2 eV 이상의 에너지를 받으면 전자가 여기되어 활성화되는 반도체 물질로서, 현재 알려진 다양한 광촉매물질 중 하나이며, 뛰어난 광활성 및 환경오염물질 분해능력, 초친수성 및 자정기능, 화학적 안정성, 내구성, 경제성 등 여러 장점을 지니고 있다. 이산화티타늄은 N형 반도체이며 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 파장의 광으로 여기되면 내부에 전자와 정공이 함께 생성된다. 생성된 전자와 정공이 표면에서 흡착물질(예를 들어, 기름때와 같은 오염물질)과 반응하면 산화/환원 반응이 일어나 흡착물질을 분해하게 되며, 이때 환원반응은 전자에 의해서, 산화반응은 정공에 의해 일어나게 된다. 또한 이산화티타늄은 강력한 산화 및 환원 능력에 의해 공기나 수중에 포함되어 있는 오염물질을 분해할 수 있어 탈취, 항균, 대기정화, 방오, 정수 등의 다양한 분야에 응용이 가능하며 필터, 글래스, 플라스틱, 타일, 내벽, 외벽, 수조 등의 다양한 모재 상에 형성할 수 있다. For example, titanium dioxide (TiO 2 ) is a semiconductor material that is excited and activated by electrons when it receives an energy of about 3.2 eV or more. It is one of various photocatalyst materials known today, and has excellent photocatalytic and environmental pollutant decomposition ability, superhydrophilic property, Functional, chemical stability, durability, economy and so on. Titanium dioxide is an N-type semiconductor, and when it is excited by light of a wavelength having an energy of a bandgap or more, electrons and holes are generated inside. When the generated electrons and holes react with the adsorbing material (for example, contaminants such as oil mist) on the surface, an oxidation / reduction reaction occurs to decompose the adsorbed material. In this case, . In addition, titanium dioxide is capable of decomposing pollutants contained in air or water by its strong oxidizing and reducing ability, and can be applied to various fields such as deodorization, antibacterial, air purification, antifouling, water purification, etc., Tiles, inner walls, outer walls, water tanks, and the like.

한편, 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선광에 여기되는 이산화티타늄을 가시광선 영역에서도 광반응 특성을 나타내게 하기 위해 다양한 시도가 이루어지고 있는데 대표적인 예가 이산화티타늄 내에 전이금속을 도핑 시키는 것이다. 전이금속 도핑에 의해 이산화티타늄 내에 새로운 에너지 준위를 형성하여 가시광 영역에서도 반응이 가능한 광촉매물질의 제조가 가능하고 이를 통해 특별한 자외선 발생장치가 없어도 오염물질 등을 제거할 수 있다.On the other hand, various attempts have been made to make titanium dioxide excited by ultraviolet light having a wavelength of 380 nm or less to exhibit photoreaction characteristics even in the visible light region. A typical example is doping a transition metal in titanium dioxide. It is possible to manufacture a photocatalyst material capable of reacting in a visible light region by forming a new energy level in the titanium dioxide by the transition metal doping and thus it is possible to remove contaminants and the like even without a special ultraviolet ray generator.

이하에서는 정전분무코팅장치의 개념도인 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층(150)을 형성하는 구체적인 방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 돌기 패턴(105a) 상에 광촉매층(150)을 형성하는 단계는, 광촉매 액상전구체(222)를 준비하는 단계, 광촉매 액상전구체(222)를 전압이 인가된 노즐(226)을 통하여 나노 돌기 패턴(105a) 상에 액적 상태로 분무하는 단계 및 나노 돌기 패턴(105a) 상에 액적 상태로 분무된 광촉매 액상전구체를 건조 및 분해하여 광촉매층(150)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Hereinafter, a specific method of forming the photocatalyst layer 150 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8, which is a conceptual diagram of an electrostatic spray coating apparatus. The step of forming the photocatalyst layer 150 on the nano-bump pattern 105a according to an exemplary embodiment of the present invention includes the steps of preparing the photocatalyst liquid precursor 222, forming the photocatalyst liquid precursor 222 in a nozzle Spraying the nanoparticle pattern 105a in a droplet state through the nanoparticle pattern 105a through the first nano-pattern pattern 105a and drying and decomposing the photocatalyst liquid precursor sprayed in a droplet state on the nano-protrusion pattern 105a to form the photocatalyst layer 150 . ≪ / RTI >

광촉매층(150)으로 이산화티타늄을 포함하는 경우, 광촉매 액상전구체(222)는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 에톡사이드, 티타늄 메톡사이드 등의 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide), 티타늄 클로라이드와 같은 티타늄이 포함된 티타늄 화합물 그리고 이산화티타늄 입자 또는 콜로이드 중 단독 또는 2종 이상의 것을 혼합하여 구성될 수 있다. 그리고 광촉매 액상전구체는 포함된 티타늄(Ti)의 농도를 맞추기 위해 알콜 및/또는 물 등의 용매가 포함된다. If the photocatalytic layer 150 comprises titanium dioxide, the photocatalytic liquid precursor 222 may be a mixture of titanium alkoxide, such as titanium isopropoxide, titanium ethoxide, and titanium methoxide, or titanium, such as titanium chloride, A titanium compound, and titanium dioxide particles or colloids, or a mixture of two or more thereof. The photocatalyst liquid precursor includes a solvent such as alcohol and / or water to adjust the concentration of the contained titanium (Ti).

정전분무코팅장치(200)는, 예를 들어, 티타늄(Ti)을 포함한, 광촉매 액상전구체(222)를 나노 돌기 패턴(105a) 상에 분무하여 분해함으로써 광촉매층(150)을 제조하기 위한 장치이다. 이를 위해 정전분무코팅장치(200)는 광촉매 액상전구체(222)를 분무하기 위한 전구체 분무수단(220)과, 전구체 분무수단(220) 일측에 고전압을 제공하기 위한 고전압 발생수단(240)과, 나노 돌기 패턴(105a)에 분무된 광촉매 액상전구체(222) 액적을 건조 및 분해하기 위한 가열수단(260)을 포함하여 구성된다.The electrostatic spray coating apparatus 200 is an apparatus for producing the photocatalyst layer 150 by spraying and decomposing a photocatalyst liquid precursor 222 including titanium (Ti) on the nano-protrusion pattern 105a . The electrostatic spray coating apparatus 200 includes a precursor spraying means 220 for spraying the photocatalyst liquid precursor 222, a high voltage generating means 240 for providing a high voltage to one side of the precursor spraying means 220, And a heating means (260) for drying and decomposing the droplets of the photocatalyst liquid precursor (222) sprayed on the projection pattern (105a).

전구체 분무수단(220)은 광촉매 액상전구체(222)를 일정량 보관하고, 보관된 광촉매 액상전구체(222)를 유동시켜 강제 분사되도록 하는 구성을 포함한다. 이를 위해 전구체 분무수단(220)은 광촉매 액상전구체(222)를 보관하기 위한 보관조와, 광촉매 액상전구체(222)의 유동을 강제하는 펌프(224)와, 펌프(224)의 작용으로 유동하는 광촉매 액상전구체(222)가 분사되도록 하는 분사노즐(226)을 포함하여 구성된다. 따라서 펌프(224)가 작동하여 보관조 내부의 광촉매 액상전구체(222)를 토출하게 되면, 광촉매 액상전구체(222)는 공급관(228)을 따라 이동하여 분사노즐(226)을 통해 분사된다.The precursor spraying means 220 includes a structure for storing a predetermined amount of the photocatalyst liquid precursor 222 and allowing the stored photocatalyst liquid precursor 222 to flow for forced injection. The precursor spraying means 220 includes a reservoir for storing the photocatalyst liquid precursor 222, a pump 224 forcing the flow of the photocatalytic liquid precursor 222, And a spray nozzle 226 for spraying the precursor 222. Accordingly, when the pump 224 operates to discharge the photocatalyst liquid precursor 222 in the storage tank, the photocatalyst liquid precursor 222 moves along the supply pipe 228 and is injected through the injection nozzle 226. [

고전압 발생수단(240)은 분사노즐(226)에 고전압을 제공하여 분사노즐(226)을 통해 나오는 광촉매 액상전구체(222)가 액적과 같은 상태로 분무되도록 하는 역할을 수행한다. 즉, 분사노즐(226)로 이송된 광촉매 액상전구체(222)는 분사노즐(226)에 인가된 고전압을 통해 대전되어 양전하를 띈 액적 상태로 분무된다.The high voltage generating means 240 provides a high voltage to the spray nozzle 226 and serves to spray the photocatalyst liquid precursor 222 exiting through the spray nozzle 226 in a droplet-like state. That is, the photocatalyst liquid precursor 222 transferred to the injection nozzle 226 is charged through a high voltage applied to the injection nozzle 226, and is sprayed into a droplet state having a positive charge.

보다 상세하게는, 고전압 발생수단(240)은 분사노즐(226)에 연결되고, 가열수단(260)과 접촉된 전극(210)은 접지되어, 전극(210)의 전위가 분사노즐(226)의 전위보다 낮은 전위를 갖게 됨으로써 분사노즐(226)에서 분사된 광촉매 액상전구체(222)는 분사노즐(226)과 전극(210) 사이에 형성된 전기장에 의해 대전되어 전극(210) 방향으로 이동하게 된다.The high voltage generating means 240 is connected to the injection nozzle 226 and the electrode 210 in contact with the heating means 260 is grounded so that the potential of the electrode 210 is higher than the potential of the injection nozzle 226 The liquid photocatalyst precursor 222 injected from the injection nozzle 226 is charged by the electric field formed between the injection nozzle 226 and the electrode 210 and moves toward the electrode 210. [

분사노즐(226)은 본 발명의 실시예에서 스테인리스강으로 제조되었으나, 재질에 특별한 제약은 없다. 전극(210) 하측에는 가열수단(260)이 구비된다. 가열수단(260)은 하측에 위치한 나노 돌기 패턴(105a)에 열에너지를 제공함으로써 나노 돌기 패턴(105a)에 부착된 액적을 건조하기 위한 구성을 제공할 수 있다. 따라서 가열수단(260)은 전원 인가 시에 발열하는 가열체가 적용됨이 바람직하며, 필요에 따라서는 마이크로파를 조사하는 장치가 적용되어도 무방하다.Although the spray nozzle 226 is made of stainless steel in the embodiment of the present invention, there is no particular limitation on the material. A heating means 260 is provided under the electrode 210. The heating means 260 may provide a structure for drying droplets adhered to the nano-boss pattern 105a by providing thermal energy to the nano-boss pattern 105a located on the lower side. Therefore, it is preferable that the heating means 260 is applied with a heating body that generates heat when power is applied, and a microwave irradiation apparatus may be applied if necessary.

고전압 발생수단(240)에 의해 분사노즐(226)과 전극(210) 사이에 전기장이 발생한 상태로 광촉매 액상전구체(222)가 분사되며, 전극(210)과 분사노즐(226) 사이에 형성된 전기장에 의해 광촉매 액상전구체(222)가 대전되어 액적 상태로 나노 돌기 패턴(105a) 상에 코팅될 수 있게 된다.The photocatalyst liquid precursor 222 is sprayed by the high voltage generating means 240 in the state where an electric field is generated between the injection nozzle 226 and the electrode 210 and the electric field formed between the electrode 210 and the spray nozzle 226 The photocatalyst liquid precursor 222 is charged and can be coated on the nano-bump pattern 105a in a droplet state.

광촉매 액상전구체(222)가 액적 상태로 나노 돌기 패턴(105a) 상에 도달하게 되면, 건조 및 분해 과정을 통하여, 광촉매층(150)이 형성된다. 광촉매층(150)이 형성되는 공정은 열 또는 마이크로파를 이용하여 나노 돌기 패턴(105a)에 도달한 액적을 분해하는 과정이며, 본 발명의 실시예에서는 가열수단(260)이 적용되어 가열함으로써 액적을 건조 및 분해하게 된다.When the photocatalyst liquid precursor 222 reaches the nano-bump pattern 105a in a droplet state, the photocatalyst layer 150 is formed through drying and decomposition processes. The process of forming the photocatalyst layer 150 is a process of decomposing droplets that reach the nano-bump pattern 105a using heat or microwaves. In the embodiment of the present invention, heating means 260 is applied to heat the droplets Dried and decomposed.

한편, 도 4를 다시 참조하면, 광촉매층(150)을 구성하는 이산화티타늄과 같은 광촉매물질을 나노 돌기 패턴(105a) 상에 정전분무코팅에 의하여 형성하는 경우, 광촉매층(150)으로 건조되기 전의 초기 상태의 광촉매물질은 전술한 것처럼 나노 돌기 패턴(105a) 상에서 미세한 크기를 가지는 액적 형태를 가진다. 나노 돌기 패턴(105a)의 전면 상에 미세 액적 형태를 가지는 광촉매물질을 분무하고 나노 돌기 패턴(105a)의 돌출된 상부면(T)을 위로 향하도록 배치하는 경우, 미세 액적 형태를 가지는 광촉매물질은, 중력 및/또는 상호인력에 의하여, 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함한 돌출된 상부면(T)에서 나노 돌기 패턴(105a)의 오목한 골(U) 부분으로 이동할 수 있다. 4, when a photocatalyst material such as titanium dioxide constituting the photocatalyst layer 150 is formed on the nano-prism pattern 105a by electrostatic spray coating, The photocatalyst material in the initial state has a droplet shape having a minute size on the nano-protruding pattern 105a as described above. When a photocatalyst material having a fine droplet shape is sprayed on the front surface of the nano-bump pattern 105a and the projected top surface T of the nano-bump pattern 105a is directed upward, the photocatalyst material having a fine droplet shape (U) portion of the nano-boss pattern 105a from the projected upper surface T including the uppermost portion of the nano-boss pattern 105a by gravity and / or mutual attraction.

따라서 광촉매층(150)은 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함한 돌출된 상부면(T) 보다는 오목한 골(U) 부분에 집중적으로 형성될 수도 있다. 특히, 광촉매층(1508)이 친수성의 성질을 가지는 이산화티타늄인 경우, 발수 특성을 가지는 광촉매층을 포함하는 나노 구조체를 구현하기 위해서는 나노 돌기 패턴(105a)의 전면 상에 분무된 미세 액적 형태의 광촉매물질은 나노 돌기 패턴(105a)의 돌출된 상부면(T) 부분이 아니라 오목한 골(U)부분에 상대적으로 더 많이 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 나노 돌기 패턴(105a) 상에 분무된 미세 액적 형태의 광촉매물질은, 상술한 건조 및 분해 과정을 통하여, 광촉매층(150)으로 형성된다. The photocatalyst layer 150 may be formed concentrically on the concave valley U rather than the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-bump pattern 105a. Particularly, when the photocatalyst layer 1508 is made of titanium dioxide having a hydrophilic property, in order to realize a nanostructure including a photocatalyst layer having water-repellent properties, a photocatalyst in the form of a fine droplet sprayed on the entire surface of the nano- It may be desirable that the material is disposed relatively more on the concave corrugated (U) portion than on the projected top surface (T) portion of the nano-boss pattern 105a. The microdroplet type photocatalyst material sprayed on the nano protrusion pattern 105a is formed into the photocatalyst layer 150 through the above-described drying and decomposition process.

계속하여, 도 5를 참조하면, 광촉매층(150)의 일부를 제거하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체를 구현한다. 광촉매층(150)에서 제거되는 부분은 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부 상에 형성된 광촉매층(150)에 해당한다. 즉, 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T) 상에 형성된 광촉매층(150)을 제거함으로써, 최종적으로 구현된 나노 구조체에서 광촉매층(150)은 나노 돌기 패턴(105a)의 리세스된 오목한 골(U)에 형성되고 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부에는 형성되지 않는다. 5, a part of the photocatalyst layer 150 is removed to realize a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention. The portion removed from the photocatalyst layer 150 corresponds to the photocatalyst layer 150 formed on the top of the nano-bump pattern 105a. That is, by removing the photocatalyst layer 150 formed on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-protruding pattern 105a, the photocatalyst layer 150 in the final implemented nanostructure is separated from the nano- And is not formed on the top of the nano-boss pattern 105a.

광촉매층(150)이 친수성인 이산화티타늄을 포함하는 경우 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T)에 광촉매층(150)이 형성된다면, 나노 돌기 패턴(105a)의 초발수 특성을 저해하는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예들에 의하면, 광촉매층(150)이 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함한 돌출된 상부면(T)에는 형성되지 않고 돌출된 상부면(T)은 외부에 직접 노출되므로 이러한 문제점을 방지할 수 있다. If the photocatalyst layer 150 includes hydrophilic titanium dioxide, if the photocatalyst layer 150 is formed on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-bump pattern 105a, Thereby deteriorating the water repellency. However, according to the embodiments of the present invention, the photocatalyst layer 150 is not formed on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-bump pattern 105a, but the protruded upper surface T is directly exposed to the outside This problem can be prevented.

한편, 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T) 상에 형성된 광촉매층(150)을 제거하는 공정은 식각 공정, 기계적 연마 공정, 화학적 연마 공정 또는 화학기계적 연마 공정 등을 포함할 수 있다. 여기서 식각 공정은 습식 식각공정 및 건식 식각공정을 모두 포함한다.Meanwhile, the step of removing the photocatalyst layer 150 formed on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-bump pattern 105a may be performed by an etching process, a mechanical polishing process, a chemical polishing process or a chemical mechanical polishing process . Here, the etching process includes both the wet etching process and the dry etching process.

나노 돌기 패턴(105a)의 오목한 골(U)이, 예를 들어, 바닥면과 측면에 의하여 한정된다고 한다면, 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 구조체에서 최종적으로 구현된 광촉매층(150)은, 제거 공정의 조건에 따라서, 오목한 골(U)의 바닥면 상과 측면의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 나노 구조체에서 최종적으로 구현된 광촉매층(150)은, 제거 공정의 조건에 따라서, 오목한 골(U)의 바닥면 상에만 형성될 수도 있다. 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 나노 구조체에서 최종적으로 구현된 광촉매층(150)은, 제거 공정의 조건에 따라서, 오목한 골(U)의 측면 상에만 형성될 수도 있다. If the concave valley U of the nano protrusion pattern 105a is defined by, for example, the bottom surface and the side surface, the photocatalyst layer 150 finally implemented in the nanostructure according to an embodiment of the present invention, May be formed on at least a part of the bottom surface and the side surface of the concave trough (U), depending on the conditions of the removing process. Meanwhile, the photocatalyst layer 150 finally implemented in the nanostructure according to another embodiment of the present invention may be formed only on the bottom surface of the concave valley U, depending on the conditions of the removal process. Meanwhile, the photocatalyst layer 150 finally implemented in the nanostructure according to another embodiment of the present invention may be formed only on the side surface of the concave corrugation U, depending on the conditions of the removal process.

본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체 상에 물이 공급되는 경우, 나노 돌기 패턴(105a)의 적어도 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T) 상에 물방울이 얹히게 되어 초발수성(super-hydrophobic)이 나타난다. 이러한 초발수성은 나노 돌기 패턴(105a)의 표면에 구현된 물리적 구조에 주로 기인하며, 나아가, 낮은 표면 에너지를 가지는 발수코팅층(130)에 추가적으로 기인할 수 있다. 일반적으로 대상면의 표면에너지가 물의 표면장력보다 작은 경우 접촉각은 0°에서부터 증가하기 시작하며 접촉각이 110°이상이 되면 고발수성이라고 하고, 접촉각이 150°이상이 되면 초발수성이라고 한다. 하지만 150°이상의 높은 접촉각을 얻기 위해서는 상기 대상면의 표면에 나노 돌기 패턴(105a)과 같은 물리적 구조를 형성시키는 것이 필요하며, 추가적으로 발수코팅층의 구성이 제공될 수 있다. When water is supplied onto the nanostructure including the photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention, water droplets are deposited on the protruded upper surface T including at least the uppermost portion of the nano-bump pattern 105a, Super-hydrophobic appears. This super water repellency is mainly attributable to the physical structure implemented on the surface of the nano protrusion pattern 105a and further can be attributed to the water repellent coating layer 130 having low surface energy. In general, when the surface energy of the target surface is smaller than the surface tension of water, the contact angle starts to increase from 0 °, and when the contact angle is 110 ° or more, it is called highly water-soluble. However, in order to obtain a high contact angle of 150 DEG or more, it is necessary to form a physical structure such as the nano-protrusion pattern 105a on the surface of the object surface, and further, the structure of the water-repellent coating layer may be provided.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법을 도해하는 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a nanostructure including a photocatalyst layer according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체는 나노 돌기 패턴(105a) 상에 형성된 발수코팅층(130)을 더 구비한다. 발수코팅층(130)은, 예를 들어, 불소코팅층을 포함할 수 있다. 발수코팅층(130)은 나노 돌기 패턴(105a) 상에 균일하게 형성될 수 있다. 광촉매층(150)은 발수코팅층(130) 상에 위치하며, 동시에, 전술한 것처럼, 나노 돌기 패턴(105a)의 돌출된 상부면(T)에는 형성되지 않고 오목한 골(U)에 형성된다. 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체는 발수코팅층(130)에 의하여 발수 특성이 더 향상될 수 있다. 도 6에 도시된 광촉매층을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 방법은, 도 3의 도시된 나노 구조체 상에 발수코팅층(130)을 형성하는 단계를 더 포함한다는 점 외에는, 도 5에 도시된 광촉매층을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 방법과 동일하다. Referring to FIG. 6, the nanostructure including the photocatalyst layer according to another embodiment of the present invention further includes a water-repellent coating layer 130 formed on the nano-bump pattern 105a. The water repellent coating layer 130 may include, for example, a fluorine coating layer. The water repellent coating layer 130 may be uniformly formed on the nano-bump pattern 105a. The photocatalyst layer 150 is located on the water repellent coating layer 130 and is formed on the concave valley U not formed on the protruded upper surface T of the nano protrusion pattern 105a as described above. The water-repellent property of the nanostructure including the photocatalyst layer according to another embodiment of the present invention can be further improved by the water-repellent coating layer 130. The method of forming the nanostructure including the photocatalyst layer shown in FIG. 6 includes the steps of forming the water repellent coating layer 130 on the nanostructure shown in FIG. 3, Is formed.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매층을 포함하는 나노 구조체 상에 오염물질이 형성된 경우 광촉매층에 의하여 오염물질이 분해되는 양상을 도해하는 단면도이다. FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating contaminants decomposed by a photocatalyst layer when contaminants are formed on a nanostructure including a photocatalyst layer according to an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 예를 들어, 표면장력이 매우 낮은 기름띠와 같은, 오염물질(180a)이 나노 돌기 패턴(105a) 상에 형성되면, 나노 돌기 패턴(105a)의 돌출된 상부면(T) 및 리세스된 오목한 골(U) 부분이 오염물질(180a)로 모두 채워질 수 있다. 이 경우, 오염물질(180a)에 의하여 나노 돌기 패턴(105a)의 물리적 구조가 모두 매립 또는 오염되어 초발수 특성이 상실되는 문제점이 발생한다. 7A, when a contaminant 180a is formed on the nano-protruding pattern 105a, for example, an oil band with a very low surface tension, the protruded upper surface T of the nano-protruding pattern 105a And the recessed concave corrugated (U) portion may all be filled with contaminant 180a. In this case, there is a problem that the physical structure of the nano-protruding pattern 105a is buried or contaminated by the contaminant 180a and the super-water-repellent property is lost.

나노 돌기 패턴(105a)의 오목한 골(U) 부분에 형성된 광촉매층(150)은 자외선광 및/또는 가시광선에 의한 광촉매반응을 통하여 오염물질(180a)을 분해할 수 있다. 특히, 분해되어 제거되는 오염물질(180a)의 부분은, 도 7b와 같이, 나노 돌기 패턴(105a)의 오목한 골(U) 부분에 대응한다. 즉, 광촉매층(150)에 의하여 오염물질(180a)의 일부가 분해되어 제거되고 남은 잔류오염물질(180b)은 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T) 상에 위치할 수 있다. 상기 돌출된 상부면(T)에 잔류하는 오염물질(180b)은 고립된 채 잔류함에 따라 물에 쉽게 씻겨 나가거나 약한 외력에도 쉽게 떨어져 나갈 수 있게 되며, 이러한 경우 나노 돌기 패턴(105a)는 오염전의 초기 형상으로 회복되게 된다. 따라서 본 실시예에 의할 경우, 별도의 오염물질 제거 단계를 거치지 않아도 나노 돌기 패턴(105a)를 오염시킨 오염물질을 자발적으로 제거할 수 있게 된다. The photocatalyst layer 150 formed on the concave valley U of the nano-bump pattern 105a can decompose the contaminant 180a through a photocatalytic reaction with ultraviolet light and / or visible light. Particularly, the portion of the contaminant 180a to be decomposed and removed corresponds to the concave valley (U) portion of the nano-bump pattern 105a as shown in Fig. 7B. That is, a part of the contaminant 180a is decomposed and removed by the photocatalyst layer 150 and the remaining contaminant 180b is left on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano- can do. As the contaminants 180b remaining on the protruded upper surface T remain isolated, they can easily be washed away in water or easily separated from weak external forces. In such a case, the nano- And is restored to its initial shape. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to spontaneously remove contaminants contaminating the nano-boss pattern 105a without a separate contaminant removal step.

이 상태에서 나노 돌기 패턴(105a) 상에 물이 공급되는 경우 나노 돌기 패턴(105a)의 최상부를 포함하는 돌출된 상부면(T)에 물이 얹히게 되며 초발수성을 회복하게 된다. 이는 나노 돌기 패턴(105a)의 오목한 골(U)에 대응하는 오염물질(180a)이 제거되어 나노 돌기 패턴(105a)의 물리적 구조가 모두 매립되지 않고 노출되었기 때문이다In this state, when water is supplied onto the nano-protrusion pattern 105a, water is deposited on the protruded upper surface T including the uppermost portion of the nano-protrusion pattern 105a, and the water repellency is recovered. This is because the contaminant 180a corresponding to the concave valley U of the nano-protrusion pattern 105a is removed and the physical structure of the nano-protrusion pattern 105a is exposed without being buried

한편, 표면장력이 높은 기름띠와 같은, 오염물질은 물과 유사한 거동을 보이게 되므로 나노 돌기 패턴(105a)의 표면에서 쉽게 제거될 수 있다. On the other hand, contaminants, such as oil bands having a high surface tension, show water-like behavior and can be easily removed from the surface of the nano-bump pattern 105a.

결국, 도 5 및 도 6과 같은, 본 발명의 실시예들에 의한 나노 돌기 패턴(105a)과 광촉매층(150)의 구성에 의하면, 기름띠와 같은 오염물질로 나노 돌기 패턴(105a)의 초발수성이 상실되는 것을 막을 수 있으므로, 태양전지 커버글래스 등 자외선에 노출되는 제품에 적용되는 초발수 표면에 활용할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 의한, 나노 돌기 패턴(105a) 및 그 상에 형성된 광촉매층(150)을 포함하는 나노 구조체는, 상술한 것처럼, 초발수 특성을 가지면서 오염물질을 분해할 수 있는 자기 세정 능력을 보유하고 있어, 다양한 분야에 응용이 가능하다. As a result, according to the configurations of the nano-bump pattern 105a and the photocatalyst layer 150 according to the embodiments of the present invention, as shown in Figs. 5 and 6, the pollutants such as oil- Water repellency can be prevented from being lost, so that it can be applied to a super water-repellent surface applied to a product exposed to ultraviolet rays such as a solar cell cover glass. As described above, the nanostructure including the nano-boss pattern 105a and the photocatalyst layer 150 formed on the nano-boss pattern 105a according to the embodiments of the present invention is a nanostructure having a super water- It has cleaning ability and can be applied to various fields.

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Do.

105 : 기판
105a : 나노 돌기 패턴
110: 비드층
130 : 발수코팅층
150 : 광촉매층
180a, 180b : 오염물질
200 : 정전분무코팅장치
210 : 전극
220 : 전구체 분무수단
222 : 광촉매 액상전구체
224 : 펌프
226 : 분사노즐
228 : 공급관
240 : 고전압 발생수단
260 : 가열수단105: substrate
105a: nano protrusion pattern
110: bead layer
130: Water repellent coating layer
150: Photocatalyst layer
180a, 180b: Contaminant
200: Electrostatic spray coating device
210: electrode
220: Precursor spraying means
222: photocatalyst liquid precursor
224: Pump
226: injection nozzle
228: Supply pipe
240: Means for generating a high voltage
260: Heating means

Claims (12)

기판의 적어도 일면 상에 형성된 나노 돌기 패턴; 및
상기 나노 돌기 패턴 상의 적어도 일부 영역에 형성된 광촉매층; 을 포함하고,
상기 광촉매층은 상기 나노 돌기 패턴의 오목한 골에 형성되고 상기 나노 돌기 패턴의 최상부에는 형성되어 있지 않고,
상기 나노 돌기 패턴은 상기 기판을 식각하여 형성하고,
상기 광촉매층은, 상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하고, 상기 광촉매층의 일부를 식각하여 상기 나노 돌기 패턴의 최상부 상에 형성된 광촉매층을 제거하여 형성된, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체.A nano-bump pattern formed on at least one surface of the substrate; And
A photocatalyst layer formed on at least a part of the nano-bump pattern; / RTI >
Wherein the photocatalyst layer is formed on concave valleys of the nano-prism pattern and not on the top of the nano-prism pattern,
The nano-bump pattern is formed by etching the substrate,
Wherein the photocatalyst layer comprises a photocatalyst layer formed by forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-prism pattern and etching a part of the photocatalyst layer to remove a photocatalyst layer formed on the top of the nano-prism pattern. 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 글래스, 금속 또는 고분자재료를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises a glass, metal or polymeric material. 제 1 항에 있어서,
상기 광촉매층은 이산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO) 또는 황화카드뮴(CdS)을 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체.The method according to claim 1,
The photocatalyst layer may comprise a photocatalyst layer comprising titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO) or cadmium sulfide ≪ / RTI > 제 1 항에 있어서,
상기 나노 돌기 패턴 상에 형성된 발수코팅층을 더 포함하고,
상기 광촉매층은 상기 발수코팅층 상에 존재하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체.The method according to claim 1,
And a water repellent coating layer formed on the nano protrusion pattern,
Wherein the photocatalyst layer is present on the water-repellent coating layer. 기판의 적어도 일면 상에 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 나노 돌기 패턴 상에 광촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하되,
상기 광촉매층을 형성하는 단계는 상기 나노 돌기 패턴의 오목한 골에 형성하고 상기 나노 돌기 패턴의 최상부에는 형성하지 않는 단계를 포함하는, 광촉매층을 포함하고,
상기 광촉매층을 형성하는 단계는,
상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계; 및
상기 광촉매층의 일부를 식각하여 상기 나노 돌기 패턴의 최상부 상에 형성된 광촉매층을 제거하는 단계;
를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법. Forming a nano-bump pattern on at least one surface of the substrate; And
Forming a photocatalyst layer on the nano-bump pattern;
, ≪ / RTI &
Wherein the step of forming the photocatalyst layer includes forming a photocatalyst layer on the concave valley of the nano-prism pattern and not forming the top of the nano-prism pattern,
Wherein the step of forming the photocatalyst layer comprises:
Forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-bump pattern; And
Etching a part of the photocatalyst layer to remove a photocatalyst layer formed on a top of the nano-bump pattern;
And a photocatalyst layer formed on the surface of the nanocomposite. 삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 비드(bead)들을 포함하는 비드분산용액을 코팅하여 비드층을 형성하는 단계; 및
상기 비드층을 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각함으로써, 상기 나노 돌기 패턴을 형성하는 단계;
를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법.6. The method of claim 5,
The step of forming the nano-
Coating a bead dispersion solution comprising beads on the substrate to form a bead layer; And
Forming the nano-bump pattern by etching the substrate using the bead layer as a mask;
And a photocatalyst layer formed on the surface of the nanocomposite. 제 7 항에 있어서,
상기 비드는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 또는 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법. 8. The method of claim 7,
The beads are a method of forming the nano structure including a photocatalyst layer containing silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), titania (TiO 2) or polystyrene (polystyrene). 제 5 항에 있어서,
상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계는
상기 나노 돌기 패턴의 전면 상에 정전분무코팅법에 의하여 광촉매층을 형성하는 단계를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법.6. The method of claim 5,
The step of forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-
And forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-bump pattern by an electrostatic spray coating method. 제 5 항에 있어서,
상기 나노 돌기 패턴의 전면에 광촉매층을 형성하는 단계는
광촉매 액상전구체를 준비하는 단계;
상기 광촉매 액상전구체를 전압이 인가된 노즐을 통하여 상기 나노 돌기 패턴 상에 액적 상태로 분무하는 단계; 및
상기 나노 돌기 패턴 상에 액적 상태로 분무된 광촉매 액상전구체를 건조 및 분해하여 광촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법.6. The method of claim 5,
The step of forming a photocatalyst layer on the entire surface of the nano-
Preparing a photocatalyst liquid precursor;
Spraying the photocatalyst liquid precursor in a droplet state on the nano-bump pattern through a voltage applied nozzle; And
Forming a photocatalyst layer by drying and decomposing a photocatalyst liquid precursor sprayed in a droplet state on the nano protrusion pattern;
And a photocatalyst layer formed on the surface of the nanocomposite. 제 10 항에 있어서,
상기 광촉매 액상전구체를 건조 및 분해하여 광촉매층을 형성하는 단계는,
상기 광촉매 액상전구체를 가열하는 단계; 및 상기 광촉매 액상전구체에 마이크로파를 조사하는 단계; 중에서 적어도 어느 하나의 단계를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법.11. The method of claim 10,
The step of drying and decomposing the photocatalyst liquid precursor to form a photocatalyst layer includes:
Heating the photocatalyst liquid precursor; And irradiating the photocatalyst liquid precursor with microwaves; And a photocatalyst layer formed on the photocatalyst layer. 제 10 항에 있어서,
상기 광촉매 액상전구체는 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide), 티타늄 화합물, 이산화티타늄 입자 및 콜로이드 중 어느 하나 이상과, 용매를 포함하는, 광촉매층을 포함하는 나노 구조체의 형성방법.11. The method of claim 10,
Wherein said photocatalyst liquid precursor comprises a photocatalyst layer comprising at least one of titanium alkoxide, titanium compound, titanium dioxide particle and colloid and a solvent.
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