KR101189810B1 - 광학 밴드패스 필터용 복합입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 밴드패스 적용분야에서 적외선 반사체로 사용되는 복합 폴리머 입자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광학 밴드패스 적용분야에서 적외선 반사체로 사용되는 복합 폴리머 입자에 관한 것이다.
광학 밴드패스 필터는 흡수，방사 또는 산란에 의해 다른 모든 파장을 차폐하면서 특정 파장대에 걸친 빛만을 투과시킨다. 상기 필터는 예컨대 태양광 패널，레이저 함몰(laser cavity) 또는 광학 통신 시스템에 유용하다. 예를 들어, 광학 밴드패스 필터는 레이저 함몰의 내부 또는 외부에 배치되어, 레이저의 작동 파장을 억제하는데 사용될 수 있다. 광학 통신 시스템에서，광학 밴드패스 필터는 광 수신기의 입력에 사용되어 원치않는 빛, 예컨대 신호 파장대 외부의 자발적인 방사 노이즈를 분리할 수 있다. 문헌 [D. M. Shamoon，J. M. H. Elmirghani，R. A. Cryan，“Characterisation of optically preamplified receivers with fibre Bragg grating optical fibers"，IEEE Colloquium on Optical Fiber Gratings， March 1996]을 참조한다.
특정 적용예에서는, 원치않는 방사를 흡수하는 것보다 반사 또는 후방산란시키는 것이 바람직하다. 예를 들어，반사 또는 후방산란과 달리 흡수를 통해 적외선 방사를 차폐할 경우 필터 및 다른 인접한 구성부품이 가열될 수 있다. 종래기술에서, 가시 스펙트럼 전체 또는 일부를 투과시키고 적외선 방사를 차폐하는 필터를 제공하기 위한 다양한 접근들이 시도되어 왔다. 이러한 기본적인 접근들은 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 이하에서 간략하게만 언급한다.
첫 번째 접근은 완전한 유전체층을 포함하는 다층 간섭 밴드패스 필터의 침착과 관련된 것이다.
다층 밴드패스 필터는 다중 함몰 또는 다중 반파 밴드패스 필터의 형태일 수 있으며, 고 굴절률 및 저 굴절률 유전체층의 교호 결합을 포함하고, 그 중 일부는 특정 파장의 약 1/4의 광학두께를 갖고 다른 일부는 당해 파장의 1/2의 광학두께를 갖는다. 유전체층의 두께가 당해 파장의 1/4 또는 1/2인 파장을 일반적으로 중심 파장이라 부르며, 이는 일반적으로 필터에 의해 통과되어야 할 파장 범위의 중심 주파수와 일치한다.
또한, 다층 밴드패스 필터는 장파 및 단파 패스 필터가 결합된 형태(흔히 에지 필터라고 부름)일 수 있다. 일반적으로 이러한 결합은 단파 에지(edge)를 정의하고 이보다 긴 파장을 통과시키도록 설계된 적어도 하나의 필터, 및 장파 에지를 정의하고 이보다 짧은 모든 파장을 통과시키도록 설계된 하나의 필터를 포함한다.
완전 유전체 필터의 장점은 유전체에서의 흡수가능성이 매우 낮아 투과성이 매우 높아질 수 있다는 것이다. 투과성은 본질적으로 필터에 의해 통과되어야 할 파장 범위에서 반사가 감소될 수 있는 정도(각도)에 의해 제한될 수 있다.
완전 유전체 필터의 단점은 반사영역 또는 정지영역(stop region)으로부터 투과영역으로 적절하게 경사진 전이를 제공하는데 20개에 이를 정도로 많은 층이 필요할 수 있다는 것이다. 광범위한 파장대에 걸친 정지영역을 확장하기 위해 50개 이상의 층이 필요할 수 있다. 더욱더 긴 파장을 차단하기 위해 층이 점점 두껍게 제조되어야 함에 따라, 확장된 정지영역은 통과되어야 할 파장영역보다 긴 파장에 대해 특별한 문제를 유발한다. 또한 장파 차단층의 고차(high order) 반사대가 통과되어야 할 파장 범위에 나타나는 것을 방지하기 위해, 복합적인 층 구성이 필요하다.
다층 밴드패스 필터의 침착에 대한 두 번째 접근은 문헌 ["Induced Transmission in Absorbing Films Applied to Band Pass Filter Design"，Berning and Turner，J. Opt. Soc. Am. 74，3，230-239]에서 제안되었다. 이 접근에서는, 금속층, 바람직하게는 은(silver)층의 양면이 고 굴절률층 및 저 굴절률층의 교호 스택을 포함하는 다층 유전체 반사층 시스템과 접해 있으며, 교호 스택의 층 각각은 통과되어야 할 파장 범위 중심 근방에서 약 1/4 파장의 광학두께를 가진다. 이러한 범위의 장파 측에서, 금속층은 요구되는 차단 반사를 제공한다. 상기 필터는 일반적으로 유도성 투과 필터(induced transmission filter)라 불린다. 투과는 본질적으로 1/4 파장 다층 스택에 의해 금속층을 통해 "유도"되며, 통과되어야 할 파장 범위에서 금속층으로부터의 반사를 감소시킨다.
원래 이러한 필터들은 제한된 파장 범위를 통과시키는데 적합한 것으로서, 예컨대 전자 광학 시스템에서의 컬러필터로 제안되고 사용되었다. 현재 이러한 필터들은 건축 글레이징(glazing)에 대한 저 방사 (보온) 코팅으로서 매우 단순한 형태로 사용된다. 이러한 단순한 형태에서는 금속층이 상대적으로 얇으며(예컨대 약 10 nm), 유전체 스택이 상대적으로 고 굴절률을 가진 단지 하나의 층으로 감소된다.
이러한 단순한 형태는 은 층이 (가시 스펙트럼을 수용할 수 있도록 충분히 넓은 통과 영역을 제공하기에는) 상대적으로 얇아, 태양 스펙트럼 중 많은 비율을 차지하는 근적외선 파장을 필터가 효과적으로 차단할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 밴드패스 필터는 WO2005072947호에 교시된 바와 같이 이른바 플라즈마 파장을 갖는 전도성 또는 반도체성 재료, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO)로부터 제조될 수 있다. 이 경우，플라즈마 파장보다 긴 모든 파장은 반사된다. 이러한 필터는 제조비용이 고가일 수 있고 상대적으로 좁은 튜닝가능성 영역을 갖는다.
또한, 파장-선택적 필터는 콜레스테릭 액정을 사용하여 제조되어 왔다. US4725460A호는 콜레스테릭 액정-함유 필름의 이중층으로부터 제조되는 노치 필터를 설명한다. 이러한 필터는 특정 파장 범위에 속하는 빛을 차단하고 다른 파장은 통과시키므로, 밴드패스 필터보다는 노치 필터로 불리는 것이 더욱 적절하다. 상기 필터는 콜레스테릭 액정이 매우 고가이고 상대적으로 좁은 작동온도 범위를 갖는 단점이 있다.
마지막으로，밴드패스 필터는 US2009/0015908Al호에 교시된 바와 같이 저지수(lower index) 매트릭스에서 고지수(high index) 콜로이드 입자를 일정 간격으로 배열하여 제조되어 왔다. 이러한 시스템은 콜로이드 입자의 일정 간격 배열을 형성하거나 이를 유지하는데 어려움이 있다.
적외선-반사 광학 밴드패스 필터는 다양한 용도를 가진다. 일 예는 광발전 태양전지이다. 입사되는 태양 복사선의 일부를 전기적 에너지로 변환하는 광발전 태양전지는 중요한 전력 공급원이다. 그러나 상승된 온도에서 변환공정의 효율이 예컨대 결정질 실리콘 태양전지의 경우 1℃당 약 0.45% 감소한다. 현재 당 분야에서 결정질 실리콘 태양전지의 효율은 약 25%이므로, 1℃당 0.45%의 감소는 상당히 큰 수치이다.
적외선-반사 광학 밴드패스 필터의 두 번째 비제한적인 용도예는 창문 글레이징(window glazing)에서 빌딩，자동차，및 기타 건축물에의 열 부하를 낮추는 것이다. 예컨대 다층 유전체, 얇은 금속 필름 및 염색된 폴리머 필름의 적용 등 현재 열 차단성을 증가시키기 위해 창문 유리를 처리하는 다수의 방법이 존재한다. 그러나 이러한 접근은 가시광선의 투과성을 크게 감소시키므로 바람직하지 않다.
또한，적외선-반사 광학 밴드패스 필터는 지붕 재료 내에 통합되거나 설치된 후의 지붕 위에 코팅될 수 있는 것이라면 유익할 것이다. 다수의 자택소유자들은 미적인 이유 내지 지역 조례 때문에 흰색 또는 옅은 색의 지붕을 선호하지 않는다. 적외선을 반사하는 짙은 색의 지붕은 상당한 에너지 절약 및 환경적 이익을 제공할 것이다. 이 문제에 대한 현재의 접근은 특별한 적외선-반사 안료를 사용하는 것과 관련된다. 그러나 이러한 재료는 매우 제한된 팔레트에서만 입수가능하고, 고가이며, 경우에 따라 고도의 독성을 지닌 것이다.
본 발명은 광학 밴드패스 필터 제조에 있어서 종래기술이 갖는 다수의 한계점들을 극복하려는 것이다.
본 발명은 폴리머 및 고 굴절률 재료를 포함하는 복합입자를 포함하는 광학 밴드패스 필터를 제공한다.
첫째, 다른 통상적인 밴드패스 필터와 비교하여，본 발명의 밴드패스 필터는 밴드패스 영역에서 상대적으로 보다 높은 투과성을 갖는다. 둘째，복합 폴리머 입자 자체가 내부적으로 구성되므로, 입자가 다양한 모양 및 형태로 용이하게 제조될 수 있으며, 서로 다른 굴절률을 가진 재료의 다층 스택 및 구조화된 콜로이드 또는 액정을 형성하거나 유지할 필요가 없다. 특히，상기 입자는 바인더 재료에 첨가될 수 있고, 다양한 기재상의 코팅에 용이하게 적용될 수 있다. 셋째, 본 발명의 밴드패스 필터는 종래기술의 어떠한 필터보다도 튼튼하고, 내충격성이 강하며, 신축적이다.
도 1은 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 100nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 160nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 200nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 160nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 200nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
본원에서,“광학 밴드패스 필터"란 흡수를 최소화하며 특정 파장의 빛을 통과시키고, 역시 흡수를 최소화하며 다른 특정 파장들의 빛을 반사 또는 후방산란시킬 수 있는 장치를 의미한다. 광학 밴드패스 필터의 비제한적인 적용예는 창문，스카이라이트, 및 빌딩과 차량을 시원하게 유지하기 위한 기타의 글레이징 종류에서의 적외선 방사 차단, 원치않는 파장별 반응(spectral response)을 방지하기 위한 CMOS 및 CCD 카메라 이미징 센서용 적외선 필터, 여름에 집을 시원하게 유지하기 위한 루핑 시스템(roofing system)에서의 적외선 반사체, 및 유용한 빛을 차단하지 않고 모듈을 시원하게 유지함으로써 태양광발전 모듈의 성능을 증대시키는 적외선 반사체로서의 사용을 포함한다.
본원에서,“고 굴절률"이란 2.3 이상의 굴절률을 의미한다.
본원에서,“적외선"이란 파장이 750 nm 내지 25,000 nm인 빛을 의미한다.
본원에서,“가시광선"이란 파장이 380 nm 내지 750 nm인 빛을 의미한다.
본 발명은 광학 밴드패스 필터로서 유용한 복합입자에 관한 것이다. 본 발명의 복합 폴리머 입자는 100 nm 내지 3.5 ㎛, 바람직하게는 500 nm 내지 2 ㎛, 더욱 바람직하게는 900 nm 내지 1.5 ㎛의 직경 범위를 갖는 폴리머 입자로 구성된다. 이러한 폴리머 입자는 50℃를 초과하는, 바람직하게는 75℃를 초과하는, 더욱 바람직하게는 90℃를 초과하는 이론치(calculated) 유리전이온도("Tg")를 갖는다. 폴리머 입자는 고체 비드(solid bead) 입자일 수 있다.
일 구체예에서，폴리머 입자는 임의로 코어 및 쉘을 포함할 수 있다. 상기 코어는 건조상태에서 적어도 하나의 공극(void)을 포함할 수 있다. 본원에서,“공극"이란 당해 영역에서의 굴절률이 쉘의 굴절률로부터 적어도 X(여기에서, X는 0.3 이상)까지 변하고, 쉘 폴리머의 이론치 Tg가 50℃를 초과하는 영역을 의미한다.
적어도 하나의 고 굴절률 재료는 폴리머 입자의 표면상에 배치될 수 있다. 본원에서, "폴리머 입자의 표면상에 배치된다"란 고 굴절률 입자가 폴리머 입자의 표면영역에 결합되는 것을 의미한다. 즉, 폴리머 입자의 표면에 접하여, 예컨대 표면에의 접촉, 표면상에의 전개, 표면 내로의 매입(embedded)을 통해 힘에 의해 폴리머 입자 표면 부근에 붙어있는 것을 의미한다. 또한, 고 굴절률 쉘은 별개 입자층이 아닌, 폴리머 입자를 캡슐화하는 고체 쉘일 수 있다.
적절한 고 굴절률 재료의 비제한적인 예는 티타늄 디옥사이드，세륨 옥사이드，티탄산 납，실리콘，실리콘 카바이드，황화 납; 실리콘 니트라이드; 또는 알루미늄 니트라이드를 포함한다. 캡슐화 재료 폴리머 및 고 굴절률 재료의 굴절률은 0.75 이상, 바람직하게는 1.0 이상, 더욱 바람직하게는 1.1 이상 차이가 나는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에서, 폴리머 입자에 결합된 고 굴절률 재료를 포함하는 복합 폴리머 입자의 형성방법이 제공된다. 한 종류(one sign)의 전하를 갖는 폴리머 입자를 포함하는 첫 번째 분산물을 제조한다. 폴리머 입자의 직경은 100 nm 내지 3.5 ㎛，바람직하게는 500 nm 내지 2 ㎛，더욱 바람직하게는 900 nm 내지 1.5 ㎛의 범위이다. 폴리머 입자는 코어 및 쉘을 포함할 수 있다. 폴리머가 코어/쉘 형태일 경우，폴리머의 코어는 건조상태에서 적어도 하나의 공극을 포함할 수 있다. 폴리머 쉘은 5 nm 내지 1.75 ㎛, 바람직하게는 25 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 500 nm의 벽두께; 및 50℃를 초과하는 이론치 Tg를 갖는다. 또한 고 굴절률 재료를 포함하는 두 번째 분산물을 형성한다. 고 굴절률 재료는 폴리머 입자의 전하와 반대의 전하를 지닌다. 전형적으로, 본 발명의 고 굴절률 재료는 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 350 nm, 더욱 바람직하게는 30 nm 내지 150 nm의 직경을 갖는다. 이어서 상기 분산물들을 당 분야의 통상적인 방법으로 혼합한다. 폴리머 입자 및 고 굴절률 재료는 정전기적 상호작용에 의해 함께 결합되어 복합 폴리머 입자를 생성한다.
본 발명의 다른 측면에서, 폴리머 입자에 결합된 고 굴절률 재료를 포함하는 복합 폴리머 입자로서, 폴리머 입자 및 고 굴절률 재료 사이에 고분자전해질이 존재하는 복합 폴리머 입자의 형성방법이 제공된다. 고분자전해질은 폴리머 입자 및 고 굴절률 재료의 전하와 반대의 전하를 지닌다. 폴리머 입자의 직경은 100 nm 내지 3.5 ㎛，바람직하게는 500 nm 내지 2 ㎛，더욱 바람직하게는 900 nm 내지 1.5 ㎛의 범위이다. 폴리머 입자는 코어 및 쉘을 포함할 수 있다. 폴리머가 코어/쉘 형태일 경우，폴리머의 코어는 건조상태에서 임의로 적어도 하나의 공극을 포함할 수 있다. 폴리머 쉘은 5 nm 내지 1.75 ㎛, 바람직하게는 25 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 500 nm의 벽두께; 및 50℃를 초과하는 이론치 Tg를 갖는다. 본 발명의 고 굴절률 재료는 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 350 nm, 더욱 바람직하게는 30 nm 내지 150 nm의 직경을 갖는다. 일 구체예에서, 폴리머 입자의 분산물, 고 굴절률 재료의 분산물 및 고분자전해질을 당 분야의 통상적인 방법으로 혼합한다. 다른 구체예에서, 고분자전해질 및 폴리머 입자를 포함하는 첫 번째 분산물을 제조한다. 또한 고 굴절률 재료로 이루어진 두 번째 분산물을 제조한다. 이어서 상기 분산물들을 당 분야의 통상적인 방법으로 혼합한다. 또 다른 구체예에서, 고분자전해질 및 고 굴절률 재료를 포함하는 첫 번째 분산물을 제조한다. 폴리머 입자로 이루어진 두 번째 분산물을 제조한다. 이어서 상기 분산물들을 당 분야의 통상적인 방법으로 혼합한다. 폴리머 입자 및 고 굴절률 재료는 정전기적 상호작용에 의해 함께 결합되어 복합 폴리머 입자를 생성한다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 고 굴절률 재료로 캡슐화된 폴리머 입자로 이루어진 복합 폴리머 입자의 형성방법이 제공된다. 폴리머 입자의 직경은 100 nm 내지 3.5 ㎛，바람직하게는 500 nm 내지 2 ㎛，더욱 바람직하게는 900 nm 내지 1.5 ㎛의 범위이다. 폴리머 입자는 코어 및 쉘을 포함할 수 있다. 폴리머가 코어/쉘 형태일 경우，폴리머의 코어는 건조상태에서 임의로 적어도 하나의 공극을 포함할 수 있다. 폴리머 쉘은 5 nm 내지 1.75 ㎛, 바람직하게는 25 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 500 nm의 벽두께; 및 50℃를 초과하는 이론치 Tg를 갖는다. 본 발명의 고 굴절률 재료는 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 350 nm, 더욱 바람직하게는 30 nm 내지 150 nm의 직경을 갖는다. 캡슐화 과정은 가용성 금속 전구체 용액에 폴리머 입자를 첨가한 다음, 침전 및 상기 폴리머 입자 표면상에의 고 굴절률 재료로의 전환을 포함한다. 본 방법에 따라, 금속 알킬옥사이드, 예컨대 티타늄 테트라부톡사이드를 적당한 용매 (알콜)에 첨가 및 혼합하고 용액을 가열할 수 있다. 폴리머 입자를 상기 용액에 첨가하고, 임의로 산을 첨가한다. 결과적으로 생기는 입자를 여과하고 실온에서 공기 중에 놓는다. 이어서 상기 입자를 오븐에서 건조한다.
복합 폴리머 입자는 기계적 혼합, 분산, 공압출(co-extruding), 및/또는 기타 당업자에게 공지된 임의의 수단으로 복합 폴리머 입자를 두 번째 재료 내로 고르게 분산시키는 방법을 통해 다른 재료 내로 통합될 수 있다. 그렇게 분산된 복합 폴리머 입자는 액체, 코팅, 필름, 벌크 고체 재료, 또는 당 분야의 임의의 다른 통상적인 형태를 통해 광학 밴드패스 필터로서 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1: KymeneTM G3 Xcel 폴리머를 사용한 복합 폴리머 입자의 제조
RopaqueTM AF-1055 에멀젼 폴리머 (건조상태에서 적어도 하나의 공극을 포함하는 코어 및 50℃를 초과하는 이론치 Tg를 갖는 쉘 폴리머를 포함하는 직경이 1 ㎛인 폴리머 입자)와 물의 혼합물에，KymeneTM G3 Xcel (양이온 작용성 폴리아미드-에피클로로히드린 수지，총 고형분 = 16%)을 1 분에 걸쳐 첨가하고 5 분 동안 일정하게 혼합하였다. KymeneTM G3 Xcel을 첨가한 결과 RopaqueTM AF-1055 에멀젼 폴리머의 두께가 증가하였다. 상기 혼합물에，S5-300B 티타늄 디옥사이드 슬러리를 연속적으로 혼합하며 천천히 첨가하였다. 약 10분 동안 혼합한 후, 상기 입자를 공기순환 오븐에서 80℃로 건조하여 물을 제거하였다. 실시예 1의 SEMs(Scanning Electron Micrographs)는 다수의 더 작은 입자들이 그 표면에 배치된 더 크기가 큰 중심 구형입자로 이루어진 복합 폴리머 입자를 나타내었다.
실시예 2: KymeneTM G3 Xcel 폴리머를 사용하지 않은 복합 폴리머 입자의 제조
실시예 1에서 사용된 Kymene™ G3 Xcel과 같은 양이온 폴리머를 사용하지 않고도 복합입자를 제조할 수 있을 것으로 기대된다. RopaqueTM AF-1055 에멀젼 폴리머 혼합물에，0.5M HCl을 첨가하여 pH가 2 이하가 되도록 하였다. 별개의 용기에서, S5-300B의 티타늄 디옥사이드 슬러리에 0.5M HCl을 첨가하여 pH가 2 이하가 되도록 하였다. 이어서 상기 산성 S5-300B 슬러리에 상기 산성 RopaqueTM AF-1055 에멀젼을 연속적으로 혼합하며 한 방울씩 첨가하였다. 완전히 통합된 후, 상기 입자를 공기순환 오븐에서 80℃로 건조하였다.
실시예 3: 금속 알콕사이드 전구체를 사용한 복합 폴리머 입자의 제조
RopaqueTM AF-1055 에멀젼 폴리머를 공기순환 오븐에서 80℃로 완전히 건조한 후, 컨테이너에 넣고 24 시간 동안 회전시켜 임의의 덩어리들을 분해하였다. 별도로，일정한 교반 하에서 에탄올에 녹인 티타늄 테트라부톡사이드 용액을 준비하였다. 상기 건조된 RopaqueTM AF-1055 폴리머 입자를 상기 용액에 분산시켰다. 결과적으로 얻어진 복합 폴리머 입자를 여과하고, 실온에서 공기 중에 놓은 다음, 공기순환 오븐에서 80℃로 건조하였다.
실시예 4: 광발전 모듈용 복합입자-충진 액상 캡슐화제(encapsulant)의 제조
반응성 액상 폴리머 (25℃ 미만의 이론치 Tg를 갖는 폴리머) 및 고체 폴리머를 형성할 수 있는 가교제의 혼합물에，상기 복합입자를 중량 기준 5%의 양으로 (임의로 진공 하에서) 일정하게 혼합하며 첨가하였다. 완전히 분산된 후, 혼합을 멈추고, 혼합물을 전면유리와 실리콘 태양전지 사이의 캡슐화제로서 광발전 모듈에 적용하였다.
실시예 5: 루핑 멤브레인(roofing membrane)용 복합입자-충진 코팅의 제조
[표 1] 복합입자의 제조
RopaqueTM AF-1055는 다우 케미컬 사(Dow Chemical Company)의 제품이다. KymeneTM G3 Xcel는 허큘리스 사(Hercules, Inc. (DE, USA))로부터 입수하였다. S5-300B (티타늄 디옥사이드 슬러리)는 밀레니엄 인오가닉 케미컬스 사(Millenium Inorganic Chemicals，A Cristal Company (Thann，France))로부터 입수하였다.
비교 실시예 1: 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 100nm)의 후방산란의 이론적 계산
플롯 가정(plot assumptions):
1) 모든 Ti02의 굴절률 n = 2.737로 가정.
2) 입자가 현탁되는 연속매질의 굴절률 n = 1.482로 가정.
3) 고체 비드의 직경 = 1,100 nm, 굴절률 n = 1.482로 가정.
4) 중공 폴리머(Hollow Sphere Polymer, HSP)의 전체 직경 = 1,100 nm, 공극의 직경 = 1,000 nm, 쉘은 폴리스티렌(굴절률 n = 1.59)으로 가정.
5) 입자가 분산되는 필름의 두께 = 25 ㎛.
6) 필름에서 Ti02-코팅 HSP 및 고체 비드의 농도 = 5% (부피 기준).
7) Ti02-고체 비드 혼합물에서，Ti02 수준은 변하지만 코팅된 HSP 또는 고체 비드로부터 존재하는 양에 상당함. 따라서 200 nm 코팅으로，이는 5% x (1 - ((1,100/1,500)＾3)) = 3.03% (부피 기준) 로 산정됨. (1,500 = 코팅된 비드의 전체 직경)
계산 방법:
1) Mie 이론을 사용하여 단일의 고립된 입자에 대한 산란 패턴을 계산.
2) Mie 이론으로부터 얻어진 빛 산란의 각 분포 및 산란 강도를 사용하고 다수 입자 시스템에 적용하여, 빛의 산란 가능성 및 산란 예상 방향을 결정함.
3) Bailey，A. E.의 문헌 [Cannell，D. S. Phys. Rev. E，1994，50，4853-4864 및 Cipelletti，L. Phys. Rev. E，1997，55，7733-7740]에 설명된 몬테카를로 다중 산란 절차(Monte Carlo multiple scattering procedure)를 적용함. 상기 문헌에 따르면 다음과 같음:
a) 광자(photon)가 정상 방향으로부터 필름의 전면을 때림.
b) 일단 필름 내로 들어가면 광자는 입자를 때릴 때까지 이동함. 다음의 산란 발생 전까지 광자가 이동하는 거리 및 산란 방향은 입자 특성 및 농도에 기초하여 선택됨.
c) 광자가 필름의 후면을 때리거나 방향을 바꿀 때까지 이동-산란 시퀀스가 반복됨.
d) 방향을 바꾸는 광자의 개수가 후방산란으로서 계산됨. 후면에 도달하는 광자의 개수가 전방산란으로서 계산됨.
다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 100nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 도 1에 나타내었다.
비교 실시예 2: 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 160nm)의 후방산란의 이론적 계산
비교 실시예 1의 계산과 동일한 플롯 가정 및 계산 방법을 사용하였다.
다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 160nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 도 2에 나타내었다.
비교 실시예 3: 다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 200nm)의 후방산란의 이론적 계산
비교 실시예 1의 계산과 동일한 플롯 가정 및 계산 방법을 사용하였다.
다양한 비드 형태(Ti02 입자 직경 = 200nm)의 후방산란의 이론적 계산 결과를 도 3에 나타내었다.
Claims (10)
- 복수의 복합입자를 포함하는 광학 밴드패스 필터로서,
상기 복합입자는 폴리머 입자 및 고 굴절률 재료를 포함하고,
여기서, 상기 폴리머 입자 및 상기 고 굴절률 재료 사이에 고분자전해질이 존재하고, 이 고분자전해질은 상기 폴리머 입자 및 상기 고 굴절률 재료의 전하와 반대의 전하를 지니며,
또한 상기 고 굴절률 재료가 상기 폴리머 입자의 표면상에 배치되는,
광학 밴드패스 필터. - 제1항에 있어서, 폴리머 입자가 코어 및 쉘을 포함하는, 광학 밴드패스 필터.
- 제2항에 있어서, 코어가 건조상태에서 적어도 하나의 공극을 포함하는, 광학 밴드패스 필터.
- 제1항에 있어서, 폴리머 입자가 100 nm 내지 3.5 ㎛의 직경을 갖는, 광학 밴드패스 필터.
- 제1항에 있어서, 고 굴절률 재료가 1 nm 내지 500 nm의 직경을 갖는, 광학 밴드패스 필터.
- 제1항에 따른 광학 밴드패스 필터를 포함하는 광발전 솔라모듈(photovoltaic solar module).
- 제1항에 따른 광학 밴드패스 필터를 포함하는 창문.
- 제1항에 따른 광학 밴드패스 필터를 포함하는 지붕.
- 제1항에 따른 광학 밴드패스 필터를 포함하는 필름 또는 코팅.
- 삭제
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