KR101584937B1 - Method of manufacturing superhydrophobic titanium structure and superhydrophobic titanium structure manufactured thereby - Google Patents

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high purity
purity titanium
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heat treatment
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이관수
김동립
김선우
조성원
전재현
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

Provided are a method for manufacturing a superhydrophobic titanium structure and the superhydrophobic titanium structure manufactured thereby. The method for manufacturing the superhydrophobic titanium structure includes the steps of: preparing a high purity titanium having purity of 90% or more; etching the surface of the high purity titanium first by immersing the high purity titanium into a sulfuric acid solution; etching the surface of the high purity titanium secondly by immersing the first-etched high purity titanium into a sodium hydroxide solution; annealing the secondly-etched high purity titanium; and drying the annealed high purity titanium in vacuum. The first-etching step is repeated at least two times. Therefore, the method of the present invention reduces manufacturing costs and increases durability when compared to a prior method for manufacturing a superhydrophobic titanium surface, and can facilitate large scaling of various shapes and processes, by using solution type etching.

Description

초발수 티타늄 구조체 제조방법 및 이로부터 제조된 초발수 티타늄 구조체 {Method of manufacturing superhydrophobic titanium structure and superhydrophobic titanium structure manufactured thereby}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superhydrophobic titanium structure and a superhydrophobic titanium structure,

본 발명은 티타늄 구조체 제조방법 및 이로부터 제조된 티타늄 구조체에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 초발수성 표면을 갖는 초발수 티타늄 구조체 제조방법 및 이로부터 제조된 초발수 티타늄 구조체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a titanium structure manufacturing method and a titanium structure produced therefrom, and more particularly, to a super-water repellent titanium structure having a super-water-repellent surface and an ultra-water repellent titanium structure manufactured therefrom.

티타늄은 여러 우수한 물리적 성질로 의료, 발전, 항공 등 다양한 분야에 쓰인다. 특히 녹는점이 높고 내식성이 뛰어나 해수 담수 발전소의 열교환기의 주요소재로 쓰인다.Titanium is used in various fields such as medical, power generation and aviation due to its excellent physical properties. It has high melting point and excellent corrosion resistance and is used as a main material of heat exchanger of seawater desalination plant.

열교환기의 효율을 감소시키는 주요원인 중 하나로 표면에 응축되는 물이 있다. 수증기가 응축되는 형태는 표면에서 응축되는 형상에 따라 두가지로 나뉜다. 얇은 막형태로 응축되는 형상을 막상응축, 물방울 모양으로 응축되는 형상을 적상응축이라 한다. 표면에 수증기가 응축될 때 응축된 물 자체가 열저항으로 작용하기 때문에 표면을 물이 많이 차지할수록 열저항이 커진다.One of the main causes of reducing the efficiency of heat exchangers is water condensation on the surface. The form in which water vapor condenses is divided into two types depending on the shape condensed on the surface. Condensation in thin film form is called film condensation and condensation in water droplet form is called red condensation. When water vapor condenses on the surface, the condensed water itself acts as a thermal resistance, so the larger the surface water is, the higher the thermal resistance.

따라서, 표면 전체를 덮고 있는 막상응축일 경우가 적상응축에 비해 열저항이 크다. 따라서, 열 저항 값을 줄이기 위해서는 열 전달률이 높은 적상응축 형태로 표면을 가공할 필요가 있는데, 이 일환으로 표면을 초발수성으로 만드는 방법이 제시되고 있다.Therefore, in the case of film-like condensation covering the entire surface, the thermal resistance is larger than that of the red-head condensation. Therefore, in order to reduce the thermal resistance value, it is necessary to process the surface in a form of red condensation with a high heat transfer coefficient. As a result, a method of making the surface super-water-repellent is suggested.

초발수성 표면이란 물방울이 표면에 접촉하였을 때 접촉각이 150° 이상이 되는 표면을 말한다.A super-water-repellent surface refers to a surface having a contact angle of 150 ° or more when water droplets contact the surface.

현재까지 초발수성 표면을 제작하는 방법으로 초발수성 코팅을 하는 방법이 제시되어 있지만, 고온의 상태에 의해 코팅이 벗겨지기 쉬워 내구성의 문제로 인해 실제 적용이 힘들다.Although a method of producing a super water repellent coating as a method of producing a super water repellent surface has been proposed so far, the coating is easily peeled off due to a high temperature condition, so that it is difficult to apply in practice due to the problem of durability.

이를 극복하기 위해 구조적인 측면으로 접근하는 레이저 시스템을 이용한 초발수성 표면을 제작하는 방법이 제시되었지만, 생산 단가가 매우 높고 발전소 등 실질적 이용을 위한 대 면적 표면에는 적절하지 않다.To cope with this problem, a method of fabricating a super-water-repellent surface using a laser system approaching a structural aspect has been proposed. However, the production cost is very high and it is not suitable for a large area surface for practical use such as a power plant.

특히, 90% 이상의 순도를 갖는 고순도 티타늄의 경우, 티타늄의 특성상 내식성 및 내마모성이 뛰어나 단순 용액 식각으로 거친 표면을 제작하기 어려웠고, 초발수성 특성을 발현시키기 더욱 어려웠다.Particularly, in the case of high purity titanium having a purity of 90% or more, it was difficult to produce a rough surface by simple solution etching because of its excellent corrosion resistance and abrasion resistance due to the characteristics of titanium, and it was more difficult to exhibit super water repellent characteristics.

따라서, 내구성이 높고 생산 단가가 저렴하고 대 면적 제작에 용이한 초발수성을 갖는 고순도의 티타늄 구조체 제조방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for a method for producing a high-purity titanium structure having high durability, low production cost, and super water repellency that is easy to manufacture in a large area.

대한민국 공개특허 제10-2009-0098565호Korean Patent Publication No. 10-2009-0098565

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내구성이 높고 생산 단가가 저렴하고 대 면적 제작에 용이한 초발수 티타늄 구조체 제조방법 및 이에 의해 제조된 초발수 티타늄 구조체를 제공함에 있다.The object of the present invention is to provide a method for producing an ultra water-repellent titanium structure having a high durability, a low production cost, and a large area, and to provide an ultra-water repellent titanium structure manufactured thereby.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 제공한다. 상기 초발수 티타늄 구조체 제조방법은 90% 이상의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비하는 단계, 상기 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 제1 식각하는 단계, 상기 표면이 제1 식각된 고순도 티타늄을 수산화나트륨 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 제2 식각하는 단계, 상기 제2 식각된 고순도 티타늄을 열처리하는 단계 및 상기 열처리된 고순도 티타늄을 진공건조하는 단계를 포함하고, 상기 제1 식각하는 단계를 적어도 2회 이상 반복수행하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an ultra water-repellent titanium structure. The method for preparing an ultra-water repellent titanium structure according to the present invention comprises the steps of preparing high-purity titanium having a purity of 90% or more, firstly etching the surface of the high-purity titanium by immersing the high-purity titanium in a sulfuric acid solution, Purging the surface of the high purity titanium with a sodium hydroxide solution, heat treating the second etched high purity titanium, and vacuum drying the heat treated high purity titanium, wherein the first etch step Is repeatedly performed at least twice.

이때, 상기 제1 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에, 각각의 제1 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면을 세척하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, during the process of repeating the first etching step, a process of cleaning the high purity titanium surface is performed between each first etching step.

또한, 상기 열처리 단계는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.Also, the heat treatment step is characterized in that heat treatment is performed in air or oxygen atmosphere.

또한, 상기 열처리 단계는 400 ℃ 내지 600 ℃로 열처리하는 것을 특징으로 한다.Also, the heat treatment step is characterized by heat treatment at 400 ° C to 600 ° C.

또한, 상기 제2 식각하는 단계 및 상기 열처리하는 단계 사이에, 상기 고순도 티타늄의 표면의 수산화이온을 중화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include neutralizing hydroxide ions on the surface of the high purity titanium between the second etching step and the heat treatment step.

또한, 상기 진공건조하는 단계는 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 ℃ 내지 180 ℃ 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.The vacuum drying step may be performed at a temperature of 150 ° C to 180 ° C for 1 hour to 2 hours in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 제공한다. 상기 초발수 티타늄 구조체 제조방법은 90% 이상의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비하는 단계, 상기 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 식각하는 단계, 상기 식각된 고순도 티타늄을 열처리하는 단계 및 상기 열처리된 고순도 티타늄을 진공건조하는 단계를 포함하고, 상기 식각하는 단계를 적어도 3회 이상 반복수행하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating an ultra water-repellent titanium structure. The method for preparing an ultra-water repellent titanium structure according to the present invention comprises the steps of preparing high purity titanium having a purity of 90% or more, immersing the high purity titanium in a sulfuric acid solution to etch the surface of the high purity titanium, And vacuum drying the heat treated high purity titanium, characterized in that the step of etching is repeated at least three times or more.

또한, 상기 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에, 각각의 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면의 잔여물을 제거하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.Also, during the repeatedly performing the etching step, a process of removing the residue of the high-purity titanium surface between the respective etching steps is performed.

또한, 상기 열처리 단계는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.Also, the heat treatment step is characterized in that heat treatment is performed in air or oxygen atmosphere.

또한, 상기 열처리 단계는 400 ℃ 내지 600 ℃로 열처리하는 것을 특징으로 한다.Also, the heat treatment step is characterized by heat treatment at 400 ° C to 600 ° C.

또한, 상기 진공건조하는 단계는 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 ℃ 내지 180 ℃ 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.The vacuum drying step may be performed at a temperature of 150 ° C to 180 ° C for 1 hour to 2 hours in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 초발수 티타늄 구조체를 제공한다. 상기 초발수 티타늄 구조체는 상술한 제조방법에 의해 제조되고, 표면이 계층 구조인 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultra water-repellent titanium structure. The super-water repellent titanium structure is manufactured by the above-described manufacturing method and has a layered structure.

본 발명에 따르면, 용액 방식의 식각 방식을 사용함으로써 기존의 초발수성 티타늄 표면 제작 방법에 비해 제조비용이 저렴하고 내구성이 높으며, 다양한 형상과 공정의 대면적화가 가능하다.According to the present invention, by using the solution type etching method, manufacturing cost is low, durability is high, and various shapes and processes can be made larger than the conventional method of producing super-water repellent titanium surface.

나아가, 이러한 초발수 티타늄 구조체는 특히 열교환기 또는 응축기(복수기)에 응용할 경우 기존에 비해 획기적으로 향상된 효율을 얻을 수 있다.Furthermore, such an ultra-water repellent titanium structure can achieve remarkably improved efficiency when applied to a heat exchanger or a condenser (condenser).

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체의 모식도이다.
도 4는 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 이미지들이다.
도 5는 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 이미지들이다.
도 6은 비교예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 7은 비교예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 8은 비교예 3에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 9는 비교예 4에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 10은 비교예 5에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 11은 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 12는 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다.
도 13 및 도 14는 황산용액을 이용한 식각을 수행한 후의 티타늄 구조체의 표면이미지이다.
도 15는 수산화나트륨 용액을 이용한 식각을 수행한 후의 티타늄 구조체의 표면이미지이다.
도 16은 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법에서 열처리단계의 수행여부에 따른 초발수 특성 발현여부를 비교한 이미지들이다.
도 17은 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법에서 열처리단계의 수행여부에 따른 초발수 특성 발현여부를 비교한 이미지들이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of fabricating an ultra water-repellent titanium structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of fabricating a super-water repellent titanium structure according to another embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of an ultra-water repellent titanium structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 shows images of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. Fig.
Fig. 5 shows images of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 2. Fig.
6 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Comparative Example 1. Fig.
7 is an image showing water repellency of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 2. Fig.
FIG. 8 is an image showing water repellency characteristics of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 3. FIG.
9 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Comparative Example 4. FIG.
10 is an image showing water repellency of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 5. FIG.
11 is an image showing water repellency characteristics of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. FIG.
12 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Production Example 2. FIG.
13 and 14 are surface images of a titanium structure after etching using a sulfuric acid solution.
15 is an image of the surface of the titanium structure after performing etching using a sodium hydroxide solution.
FIG. 16 is a graph showing the comparison of the super-water-repellency characteristics according to whether the heat treatment step is carried out in the method of manufacturing the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. FIG.
17 is a graph showing the comparison of the super-water-repellency characteristics according to whether the heat treatment step is performed or not in the method of manufacturing the super-water repellent titanium structure according to Production Example 2. [

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

또한, 본 발명에서 사용하는 용어인 접촉각의 의미는 정지한 액체 표면이 고체 벽에 접촉되는 곳으로 액면과 고체면이 이루는 각을 말한다. 또한, 미끄럼각의 의미는 수평한 바닥면을 기준으로 액체가 흐르기 시작하는 기울기 각도를 의미한다.As used herein, the term " contact angle " refers to an angle formed by a liquid surface and a solid surface at a position where a stationary liquid surface contacts a solid wall. Also, the meaning of the sliding angle means a tilt angle at which the liquid begins to flow with respect to the horizontal bottom surface.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of fabricating an ultra water-repellent titanium structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법은 고순도 티타늄을 준비하는 단계(S110), 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 제1 식각하는 단계(S120), 고순도 티타늄을 수산화나트륨 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 제2 식각하는 단계(S130), 고순도 티타늄의 표면의 수산화 이온을 중화하는 단계(S140), 고온 열처리 단계(S150) 및 진공건조 단계(S160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method for fabricating an ultra water-repellent titanium structure according to an embodiment of the present invention includes preparing high purity titanium (S110), firstly etching a surface of high purity titanium by immersing high purity titanium in a sulfuric acid solution (S140), neutralizing the hydroxide ions on the surface of the high purity titanium (S140), the high temperature heat treatment step (S150), and the vacuum drying step (S150). The high purity titanium is immersed in a sodium hydroxide solution S160).

보다 구체적으로 설명하면,More specifically,

먼저 고순도 티타늄을 준비한다(S110). 이때의 고순도 티타늄은 90% 이상의 순도를 갖는 티타늄을 의미한다. 예를 들어, 99.325%의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비할 수 있다.First, high purity titanium is prepared (S110). At this time, the high purity titanium means titanium having a purity of 90% or more. For example, high purity titanium having a purity of 99.325% can be prepared.

그 다음에, 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 제1 식각할 수 있다(S120).Subsequently, the surface of the high purity titanium can be firstly etched by immersing the high purity titanium in the sulfuric acid solution (S120).

예를 들어, 40% 내지 60%의 황산 용액을 70 ℃ 내지 90 ℃로 가열한 후, 이러한 황산 용액에 티타늄 평판을 담가 식각할 수 있다.For example, after 40% to 60% sulfuric acid solution is heated to 70 to 90 캜, the titanium plate can be immersed in the sulfuric acid solution to etch the titanium plate.

이 때, 제1 식각하는 단계를 적어도 2회 이상 반복수행할 수 있다.At this time, the first etching step may be repeated at least twice.

또한, 상기 제1 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에, 각각의 제1 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면을 세척하는 과정을 수행할 수 있다. 이는 황산용액을 이용한 식각 도중에 티타늄 표면에 식각을 저해하는 물질인 잔여물들이 생성되기 때문에 이러한 잔여물을 제거하는 것이 필요하다. 예컨대, 제1 식각하는 단계를 첫번째 수행한 후에, 물로 세척 후 다시 제1 식각하는 단계를 두번째 수행할 수 있다.In addition, during the process of repeating the first etching step, a process of cleaning the high purity titanium surface may be performed between each first etching step. It is necessary to remove these residues because residues, which are materials that inhibit etching on the titanium surface, are formed during the etching using the sulfuric acid solution. For example, after performing the first etching step first, washing with water and then performing the first etching again may be performed.

이와 같이 황산 용액을 이용한 식각 단계를 적어도 2회 이상 반복수행할 경우, 계층구조체를 형성할 수 있다. 예컨대, 식각한 티타늄 평판의 구조는 거북선과 같이 수십 내지 수백 마이크로 크기의 판 위에 수 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상이 생성될 수 있다.Thus, when the etching step using the sulfuric acid solution is repeated at least twice, a hierarchical structure can be formed. For example, the structure of the etched titanium plate can be formed such that a few micro-long spikes are formed on a plate of several tens to several hundreds of micrometers like a turtle line.

그 다음에, 고순도 티타늄을 수산화나트륨 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 제2 식각할 수 있다(S130).Subsequently, the surface of the high-purity titanium can be second-etched by immersing the high-purity titanium in a sodium hydroxide solution (S130).

예를 들어, 3M 수산화나트륨 용액을 50 ℃ 내지 70 ℃로 가열한 후 티타늄을 이러한 수산화나트륨 용액에 담가 식각을 수행할 수 있다.For example, a 3M sodium hydroxide solution may be heated to 50 DEG C to 70 DEG C, and then the titanium may be immersed in the sodium hydroxide solution to perform the etching.

이러한 수산화나트륨 용액을 이용하여 식각함으로써, 상술한 황산 용액에 의해 식각된 티타늄의 표면 상에 나노크기의 구조체를 형성할 수 있다.By etching using this sodium hydroxide solution, a nano-sized structure can be formed on the surface of the titanium etched by the above-described sulfuric acid solution.

따라서, 황산 용액을 이용한 식각과 수산화나트륨 용액을 이용한 식각에 의해 티타늄 표면에는 삼중 계층구조체가 형성될 수 있다.Therefore, a triple layer structure may be formed on the titanium surface by etching using a sulfuric acid solution and etching using a sodium hydroxide solution.

그 다음에 제2 식각된 고순도 티타늄의 표면의 수산화이온을 중화시킬 수 있다(S140).Next, hydroxide ions on the surface of the second etched high purity titanium can be neutralized (S140).

이는 제2 식각단계를 수행한 후에 티타늄의 표면에는 수산화이온이 잔류할 수 있다. 따라서, 이를 중화시킴으로써 물과의 친화력이 높은 수산화이온 결합을 표면에서 제거하고, 결과적으로 초발수 표면을 제작할 수 있다.This may result in hydroxide ions remaining on the surface of the titanium after the second etching step. Therefore, by neutralizing it, the hydroxide ion bond having high affinity to water can be removed from the surface, and as a result, a super water-repellent surface can be produced.

예를 들어, 제2 식각 단계 이후에, 염산 용액을 이용하여 티타늄 표면에 붙어있는 수산화이온을 산으로 중화시킬 수 있다.For example, after the second etching step, a hydrochloric acid solution can be used to neutralize hydroxide ions attached to the titanium surface with an acid.

한편, 경우에 따라 상술한 제2 식각하는 단계 (S130) 또는 고순도 티타늄의 표면의 수산화이온을 중화시키는 단계(S140) 다음에 상기 고순도 티타늄의 표면을 물을 이용하여 세척하는 단계를 더 추가할 수 있다.Meanwhile, if necessary, the second step of etching (S130) or neutralizing hydroxide ions on the surface of high purity titanium (S140) may be followed by a step of washing the surface of the high purity titanium with water have.

그 다음에, 제2 식각된 고순도 티타늄을 열처리할 수 있다(S150).Then, the second etched high-purity titanium can be heat-treated (S150).

이러한 열처리 단계(S150)는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리할 수 있다. 이는 구조체만으로는 낮은 미끄럼각이 발현되지 않기 때문에, 표면 결정 구조를 바꿔 표면에너지를 감소시켜 낮은 미끄럼각의 발생을 야기하기 위함이다.This heat treatment step (S150) may be heat treated in air or oxygen atmosphere. This is because the structure does not exhibit a low sliding angle, so that the surface crystal structure is changed to reduce the surface energy to cause the occurrence of a low sliding angle.

또한, 이러한 열처리 단계(S150)는 400 ℃ 내지 600 ℃의 온도로 열처리할 수 있다. 따라서, 400 ℃ 내지 600 ℃의 온도로 열처리할 경우, 티타늄 표면의 결정구조를 변화시킬 수 있다. 즉, 티타늄 표면에는 얇은 산화티타늄이 생성되는데 이 산화티타늄을 비정질에서 결정질로 변화시킬 수 있다.In addition, the heat treatment step (S150) may be heat-treated at a temperature of 400 ° C to 600 ° C. Therefore, when the heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C to 600 ° C, the crystal structure of the titanium surface can be changed. In other words, thin titanium oxide is formed on the surface of titanium, which can be changed from amorphous to crystalline.

그 다음에, 진공건조 단계(S160)를 수행할 수 있다. 이는 티타늄 표면에 들러붙은 친수 경향의 OH기를 제거하기 위함이다. Then, a vacuum drying step (S160) can be performed. This is to remove the hydrophilic OH groups attached to the titanium surface.

예를 들어, 이러한 진공건조 단계는 진공오븐에서 건조를 수행할 수 있다.For example, this vacuum drying step can be performed in a vacuum oven.

이때의 진공건조는 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 ℃ 내지 180 ℃ 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.The vacuum drying at this time is performed in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr at a temperature of 150 ° C to 180 ° C for 1 hour to 2 hours.

상술한 조건 하에서 진공 건조를 수행할 경우, 티타늄 표면의 OH-, Cl- 등의 친수이온을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.When vacuum drying is performed under the above-described conditions, hydrophilic ions such as OH - , Cl - and the like on the titanium surface can be more effectively removed.

따라서, 적어도 2회 이상의 제1 식각 공정, 제2 식각 공정, 열처리 공정 및 진공건조 공정의 복합공정을 수행함으로써, 티타늄 표면이 초발수성을 갖도록 제조할 수 있다.Therefore, by performing the composite process of the first etching process, the second etching process, the heat treatment process, and the vacuum drying process at least two times, the titanium surface can be manufactured to have super water repellency.

따라서, 상술한 제조방법에 의해 표면이 계층 구조이고, 초발수 특성을 갖는 고순도 티타늄 구조체를 제조할 수 있다.Therefore, a high-purity titanium structure having a superficial structure and having super water-repellent properties can be produced by the above-described production method.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of fabricating a super-water repellent titanium structure according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법은 고순도 티타늄을 준비하는 단계(S210), 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 식각하는 단계(S220), 고온 열처리 단계(S230) 및 진공건조 단계(S240)을 포함한다.Referring to FIG. 2, a method for fabricating an ultra water-repellent titanium structure according to another embodiment of the present invention includes preparing high purity titanium (S210), etching a surface of high purity titanium by immersing high purity titanium in a sulfuric acid solution (S220) A high temperature heat treatment step S230 and a vacuum drying step S240.

먼저, 고순도 티타늄을 준비한다(S210). 이때의 고순도 티타늄은 90% 이상의 순도를 갖는 티타늄을 의미한다. 예를 들어, 99.325%의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비할 수 있다.First, high purity titanium is prepared (S210). At this time, the high purity titanium means titanium having a purity of 90% or more. For example, high purity titanium having a purity of 99.325% can be prepared.

그 다음에, 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 고순도 티타늄의 표면을 식각한다(S220).Then, the surface of the high purity titanium is etched by immersing the high purity titanium in the sulfuric acid solution (S220).

이 때, 황산 용액을 이용하여 식각하는 단계를 적어도 3회 이상 반복수행할 수 있다. 따라서, 티타늄 구조체 표면에는 계층구조체가 형성될 수 있다.At this time, the step of etching using the sulfuric acid solution can be repeated at least three times or more. Thus, a hierarchical structure can be formed on the surface of the titanium structure.

만일, 이러한 식각하는 단계를 2회 이하로 반복수행할 경우, 식각 중 생성되는 잔여물이 티타늄이 식각되는 것을 방해하기 때문에 2번 이하의 식각공정만으로는 충분한 표면 거칠기를 형성하기 곤란하다. 따라서, 최종적으로 초발수성 표면을 갖는 티타늄 구조체를 구현하기 곤란하다.If the etching step is repeated twice or less, it is difficult to form a sufficient surface roughness by the etching process no more than 2 because the residue generated during the etching prevents the titanium from being etched. Therefore, it is difficult to finally realize a titanium structure having a super-water-repellent surface.

또한, 상기 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에, 각각의 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면을 세척하는 과정을 수행할 수 있다. 이는 황산 용액을 이용한 식각 도중에 티타늄 표면에 식각을 저해하는 물질인 잔여물들이 생성되기 때문에 이러한 잔여물을 제거하는 것이 필요하다. 예컨대, 식각하는 단계를 첫번째 수행한 후에, 물로 세척 후 다시 식각하는 단계를 두번째 수행할 수 있다.Also, during the process of repeatedly performing the etching step, a process of cleaning the high-purity titanium surface between each of the etching steps can be performed. It is necessary to remove these residues because residues, which are materials that inhibit etching on the titanium surface, are formed during the etching using the sulfuric acid solution. For example, the first step of performing the etching step may be followed by the second step of washing and then etching again.

이와 같이 황산 용액을 이용한 식각 단계를 적어도 3회 이상 반복수행할 경우, 거북선과 같은 이중구조를 형성할 수 있고 표면 거칠기를 일정 이상 높게 구현할 수 있으며, 후술하는 고온 열처리 공정 및 진공건조 공정의 복합공정을 통해 티타늄 표면에 초발수성을 구현할 수 있다.When the etching step using the sulfuric acid solution is repeatedly performed at least three times, it is possible to form a double structure such as a turtle line and to achieve a surface roughness higher than a certain level. In addition, the combined process of the high temperature heat treatment step and the vacuum drying step To achieve super-water repellency on the titanium surface.

그 다음에, 식각된 고순도 티타늄을 열처리할 수 있다(S230).Then, the etched high-purity titanium can be heat-treated (S230).

이러한 열처리 단계(S230)는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리할 수 있다. 이는 티타늄 표면에는 얇은 산화티타늄이 생성되는데 이 산화티타늄을 비정질에서 결정질로 바꾸기 위함이다.This heat treatment step (S230) may be heat treated in air or oxygen atmosphere. This creates a thin titanium oxide on the titanium surface in order to convert the titanium oxide from amorphous to crystalline.

또한, 이러한 열처리 단계(S230)는 400 ℃ 내지 600 ℃의 온도로 열처리할 수 있다. 따라서, 400 ℃ 내지 600 ℃의 온도로 열처리할 경우, 티타늄 표면의 결정구조를 변화시킬 수 있다. 즉, 비정질 티타늄을 결정질로 변화시킬 수 있다.Also, the heat treatment step S230 may be heat-treated at a temperature of 400 ° C to 600 ° C. Therefore, when the heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C to 600 ° C, the crystal structure of the titanium surface can be changed. That is, amorphous titanium can be changed to crystalline.

그 다음에, 진공건조 단계(S240)를 수행할 수 있다. 이는 티타늄 표면에 들러붙은 친수 경향의 OH기를 제거하기 위함이다. Then, a vacuum drying step (S240) may be performed. This is to remove the hydrophilic OH groups attached to the titanium surface.

예를 들어, 이러한 진공건조 단계는 진공오븐에서 건조를 수행할 수 있다.For example, this vacuum drying step can be performed in a vacuum oven.

예컨대, 이때의 진공건조는 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 내지 180 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행할 수 있다.For example, vacuum drying at this time can be performed in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr at a temperature of 150 to 180 for 1 hour to 2 hours.

상술한 조건 하에서 진공 건조를 수행할 경우, 티타늄 표면의 OH-, Cl- 등의 친수이온을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.When vacuum drying is performed under the above-described conditions, hydrophilic ions such as OH - , Cl - and the like on the titanium surface can be more effectively removed.

따라서, 황산용액을 이용한 적어도 3회 이상의 식각 공정, 열처리 공정 및 진공건조 공정의 복합공정을 수행함으로써, 티타늄 표면이 초발수성을 갖도록 제조할 수 있다.Therefore, the titanium surface can be manufactured to have super-water repellency by performing a combined process of an etching process, a heat treatment process, and a vacuum drying process at least three times using a sulfuric acid solution.

따라서, 상술한 제조방법에 의해 표면이 계층 구조이고, 초발수 특성을 갖는 고순도 티타늄 구조체를 제조할 수 있다.Therefore, a high-purity titanium structure having a superficial structure and having super water-repellent properties can be produced by the above-described production method.

제조예 1 Production Example 1

먼저, 99.325%의 고순도 티타늄을 준비하였다.First, 99.325% of high purity titanium was prepared.

그 다음에, 49% 농도의 황산 용액을 약 85 ℃로 가열 한 후 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 약 1시간 동안 고순도 티타늄의 표면을 식각하였다. 이러한 황산 용액을 이용한 식각공정 2회 실시하였다. 또한, 2회 반복 실시 사이에 티타늄의 표면을 물로 세척하여 표면의 잔여물을 제거하였다.Then, the 49% sulfuric acid solution was heated to about 85 캜, and the high purity titanium was immersed in the sulfuric acid solution and the surface of the high purity titanium was etched for about 1 hour. The etching process using this sulfuric acid solution was carried out twice. Also, the surface of the titanium was washed with water between the two repetitions to remove the surface residues.

그 다음에, 3M 수산화나트륨 용액을 60 ℃로 가열한 후, 고순도 티타늄을 수산화나트륨 용액에 약 15시간 동안 담가 고순도 티타늄의 표면을 식각하였다.The 3M sodium hydroxide solution was then heated to 60 DEG C and then the high purity titanium was immersed in sodium hydroxide solution for about 15 hours to etch the surface of the high purity titanium.

그 후, 염산 용액을 이용하여 티타늄 표면에 붙어있는 수산화 이온을 산으로 중화시켰다.Thereafter, hydroxide ions attached to the titanium surface were neutralized with acid using a hydrochloric acid solution.

그 다음에, 일반공기 분위기 하에서 600 ℃의 온도로 약 5분 동안 열처리를 수행하였다.Then, heat treatment was performed at a temperature of 600 DEG C under a general air atmosphere for about 5 minutes.

그 다음에, 약 0.1 Torr 의 진공분위기에서 약 180 ℃ 온도로 약 1시간 동안 수행하였다.Then, a vacuum atmosphere of about 0.1 Torr was performed at a temperature of about 180 DEG C for about 1 hour.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 티타늄 구조체의 모식도이다.3 is a schematic diagram of an ultra-water repellent titanium structure according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 황산 용액을 이용한 식각단계를 2회 수행함으로써, 티타늄 표면에 마이크로 크기의 제1 구조체 및 제2 구조체가 형성되고, 수산화나트륨 용액을 이용한 식각 단계에 의해 제2 구조체 상에 나노미터 크기의 제3 구조체가 형성된다.Referring to FIG. 3, by performing the etching step using the sulfuric acid solution twice, micro-sized first structures and second structures are formed on the titanium surface, and the nano-sized structures are formed on the second structure by the etching step using the sodium hydroxide solution. A meter-sized third structure is formed.

도 4는 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 이미지들이다.Fig. 4 shows images of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. Fig.

도 4를 참조하면, 티타늄 표면 구조는 거북선과 같이 수십 내지 수백 마이크로 크기의 판 위에 수 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상이 생성되고, 이러한 가시가 솟아있는 형상 위에는 나노미터 크기의 돌출부들이 형성된 삼중 계층 구조체임을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, a titanium surface structure is formed on a plate of several tens to several hundreds of microns, such as a turtle line, in which a spike of several micro-lengths is formed. On such a spiky shape, Structure.

제조예 2 Production Example 2

먼저, 99.325%의 고순도 티타늄을 준비하였다.First, 99.325% of high purity titanium was prepared.

그 다음에, 49% 농도의 황산 용액을 85로 가열 한 후 고순도 티타늄을 황산 용액에 담가 약 1시간 동안 고순도티타늄의 표면을 식각하였다. 이러한 황산 용액을 이용한 식각공정 3회 실시하였다. 또한, 3회 실시 사이마다 티타늄의 표면을 물로 세척하여 표면의 잔여물을 제거하였다.Then, the 49% sulfuric acid solution was heated to 85, the high purity titanium was immersed in the sulfuric acid solution, and the surface of the high purity titanium was etched for about 1 hour. The etching process using this sulfuric acid solution was performed three times. In addition, the surface of the titanium was washed with water every three times to remove the surface residue.

그 다음에, 일반공기 분위기 하에서 600 ℃의 온도로 약 5분 동안 열처리를 수행하였다.Then, heat treatment was performed at a temperature of 600 DEG C under a general air atmosphere for about 5 minutes.

그 다음에, 약 0.1 Torr 의 진공분위기에서 약 180 ℃ 온도로 약 1시간 동안 수행하였다.Then, a vacuum atmosphere of about 0.1 Torr was performed at a temperature of about 180 DEG C for about 1 hour.

도 5는 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 이미지들이다.Fig. 5 shows images of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 2. Fig.

도 5를 참조하면, 티타늄 표면 구조는 거북선과 같이 수십 내지 수백 마이크로 크기의 판 위에 수 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상이 생성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that a titanium surface structure is formed in which a few micro-lengths of spikes are formed on a plate of several tens to several hundreds of micrometers like a turtle line.

비교예 1Comparative Example 1

황산 용액 대신 염산(HCl) 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 2와 동일하게 수행하여 티타늄 구조체를 제조하였다.Except that a hydrochloric acid (HCl) solution was used in place of the sulfuric acid solution to prepare a titanium structure.

비교예 2Comparative Example 2

황산 용액 대신 염산(HCl) 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 수행하여 티타늄 구조체를 제조하였다.Except that a hydrochloric acid (HCl) solution was used in place of the sulfuric acid solution, to prepare a titanium structure.

비교예 3Comparative Example 3

수산화나트륨 용액 대신 수산화암모늄(NH4OH) 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 수행하여 티타늄 구조체를 제조하였다.A titanium structure was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that ammonium hydroxide (NH 4 OH) solution was used instead of sodium hydroxide solution.

비교예 4Comparative Example 4

수산화나트륨 용액 대신 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 수행하여 티타늄 구조체를 제조하였다.A titanium structure was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that potassium hydroxide (KOH) solution was used instead of sodium hydroxide solution.

비교예 5Comparative Example 5

황산 용액을 이용한 식각공정을 2회 반복수행한 것을 제외하고 제조예 2와 동일하게 수행하여 티타늄 구조체를 제조하였다.The titanium structure was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 except that the etching process using the sulfuric acid solution was repeated twice.

실험예Experimental Example

제조예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5에 따른 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정하였다.The water repellency characteristics of the titanium structures according to Production Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5 were measured.

도 6은 비교예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 6을 참조하면, 접촉각이 112°로 측정되었다. 따라서, 염산 용액을 식각용액으로 이용한 경우, 초발수 특성을 구현하지 못함을 알 수 있다.6 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Comparative Example 1. Fig. Referring to FIG. 6, the contact angle was measured at 112 °. Therefore, it can be seen that when the hydrochloric acid solution is used as the etching solution, the super water repellent property can not be realized.

도 7은 비교예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 7을 참조하면, 접촉각이 113°로 측정되었다. 따라서, 염산 용액을 식각용액으로 이용한 후 수산화나트륨 용액을 식각용액으로 이용한 경우에도, 초발수 특성을 구현하지 못함을 알 수 있다.7 is an image showing water repellency of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 2. Fig. Referring to FIG. 7, the contact angle was measured at 113 °. Therefore, even when the hydrochloric acid solution is used as the etching solution and the sodium hydroxide solution is used as the etching solution, it can be understood that the water-repellent property is not realized.

도 8은 비교예 3에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 8을 참조하면, 접촉각이 143°로 측정되었다. 따라서, 황산 용액을 식각용액으로 이용한 후 수산화암모늄 용액을 식각용액으로 이용한 경우, 초발수 특성을 구현하지 못함을 알 수 있다.FIG. 8 is an image showing water repellency characteristics of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 3. FIG. Referring to Fig. 8, the contact angle was measured at 143 degrees. Therefore, it can be understood that when the ammonium hydroxide solution is used as the etching solution after using the sulfuric acid solution as the etching solution, the super-water-repellent property can not be realized.

도 9는 비교예 4에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 9를 참조하면, 접촉각이 134°로 측정되었다. 따라서, 황산 용액을 식각용액으로 이용한 후 수산화칼륨 용액을 식각용액으로 이용한 경우, 초발수 특성을 구현하지 못함을 알 수 있다.9 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Comparative Example 4. FIG. Referring to Fig. 9, the contact angle was measured at 134 deg.. Therefore, it can be understood that when the sulfuric acid solution is used as the etching solution and then the potassium hydroxide solution is used as the etching solution, the super-water-repellent property can not be realized.

도 10은 비교예 5에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 10을 참조하면, 접촉각이 143°로 측정되었다. 따라서, 황산 용액을 이용한 식각공정을 2회만 수행한 경우, 초발수 특성을 구현하지 못함을 알 수 있다. 또한, 물방울은 고정(pinned)된 상태였다.10 is an image showing water repellency of the super-water repellent titanium structure according to Comparative Example 5. FIG. Referring to FIG. 10, the contact angle was measured at 143 °. Therefore, it can be seen that when the etching process using the sulfuric acid solution is performed only twice, the super water repellent property can not be realized. Also, the water droplets were pinned.

도 11은 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 11을 참조하면, 접촉각이 155°로 측정되었다. 따라서, 황산 용액을 이용한 식각공정을 2회 수행한 후 수산화나트륨 용액을 이용한 식각공정을 수행한 경우, 초발수 특성을 구현함을 알 수 있다. 나아가, 미끄럼각도 10° 미만이었다.11 is an image showing water repellency characteristics of the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. FIG. Referring to FIG. 11, the contact angle was measured at 155 degrees. Therefore, when the etching process using the sodium hydroxide solution is performed after the etching process using the sulfuric acid solution twice, it can be understood that the water-repellent property is realized. Furthermore, the sliding angle was less than 10 degrees.

도 12는 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체의 발수 특성을 측정한 이미지이다. 도 12를 참조하면, 접촉각이 152°로 측정되었다. 따라서, 황산 용액을 이용한 식각공정을 3회 수행한 경우, 초발수 특성을 구현함을 알 수 있다. 나아가, 미끄럼각도 10° 미만이었다.12 is an image showing water repellency characteristics of the super water repellent titanium structure according to Production Example 2. FIG. Referring to Figure 12, the contact angle was measured at 152 °. Therefore, it can be seen that when the etching process using the sulfuric acid solution is performed three times, the super water repellent property is realized. Furthermore, the sliding angle was less than 10 degrees.

도 13 및 도 14는 황산 용액을 이용한 식각을 수행한 후의 티타늄 구조체의 표면이미지이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 황산용액을 이용한 식각공정을 수행한 경우 티타늄 표면은 약 1 ㎛ 크기의 구조체가 형성됨을 알 수 있다.13 and 14 are surface images of a titanium structure after etching using a sulfuric acid solution. Referring to FIGS. 13 and 14, when the etching process using a sulfuric acid solution is performed, a structure having a size of about 1 μm is formed on the titanium surface.

도 15는 수산화나트륨 용액을 이용한 식각을 수행한 후의 티타늄 구조체의 표면이미지이다. 도 15를 참조하면, 수산화나트륨 용액을 식각공정을 수행한 경우 티타늄 표면은 약 200 nm 크기의 구조체가 형성됨을 알 수 있다.15 is an image of the surface of the titanium structure after performing etching using a sodium hydroxide solution. Referring to FIG. 15, when a sodium hydroxide solution is etched, a structure having a size of about 200 nm is formed on the titanium surface.

또한, 수산화나트륨 용액을 이용하여 먼저 식각공정을 수행한 후 황산 용액을 이용하여 식각공정을 수행할 경우, 황산용액을 이용한 식각 구조체만 남게 될 것이다. 따라서, 이와 같이 수산화나트륨 용액을 이용한 식각을 먼저 수행할 경우 초발수 특성을 갖는 티타늄 구조체를 형성하기 곤란함을 알 수 있다.In addition, if the etching process is performed using the sodium hydroxide solution and then the sulfuric acid solution after the etching process, only the etching structure using the sulfuric acid solution will be left. Therefore, it can be seen that it is difficult to form the titanium structure having the super water-repellent property when the etching using the sodium hydroxide solution is performed first.

도 16은 제조예 1에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법에서 열처리단계의 수행여부에 따른 초발수 특성 발현여부를 비교한 이미지들이다.FIG. 16 is a graph showing the comparison of the super-water-repellency characteristics according to whether the heat treatment step is carried out in the method of manufacturing the super-water repellent titanium structure according to Production Example 1. FIG.

도 16(a)는 수산화나트륨용액을 이용한 식각만 수행한 경우로서, 접촉각(CA)은 50°로 측정되었다.16 (a) shows a case where only etching using a sodium hydroxide solution was performed, and the contact angle CA was measured at 50 °.

도 16(b)는 제조예 1에 따른 공정 중에 열처리 단계를 수행하지 않고 제조한 경우로서, 황산용액을 이용한 식각공정 2회, 수산화나트륨용액을 이용한 식각공정 및 진공건조단계를 수행하여 제조한 경우이다. 이 경우, 접촉각(CA)은 152°이고, 미끄럼각(SA)은 약 40°로 측정되었다. 따라서, 초발수 특성은 구현하였으나, 미끄럼각이 상당히 큼을 알 수 있다.FIG. 16 (b) is a schematic diagram showing the case where the process according to Production Example 1 was performed without performing the heat treatment step, and the process was performed by performing the etching process twice using a sulfuric acid solution, the etching process using a sodium hydroxide solution, and the vacuum drying process to be. In this case, the contact angle CA was 152 degrees, and the sliding angle SA was measured at about 40 degrees. Therefore, although the super water repellency characteristic is realized, it can be seen that the sliding angle is considerably large.

도 16(c)는 제조예 1에 따라 수행하여 제조한 경우로서, 황산용액을 이용한 식각공정 2회, 수산화나트륨용액을 이용한 식각공정, 열처리단계 및 진공건조단계를 수행하여 제조한 경우이다. 이 경우, 이 경우, 접촉각(CA)은 155°이고, 미끄럼각(SA)은 10°미만으로 측정되었다. 따라서, 초발수 특성을 구현하였고, 미끄럼각도 상당히 작음을 알 수 있다.FIG. 16 (c) shows a case of manufacturing according to Production Example 1, which is performed by performing an etching process using a sulfuric acid solution twice, an etching process using a sodium hydroxide solution, a heat treatment process, and a vacuum drying process. In this case, in this case, the contact angle CA was 155 degrees, and the sliding angle SA was measured to be less than 10 degrees. Therefore, the super-water-repellent property is realized and the sliding angle is considerably small.

한편, 접촉각이 높고, 미끄럼각도 높은 경우에는 물방울이 표면에 고정되는 현상이 발생하여 배수성이 떨어지고, 이에 따른 열교환 성능 저하가 일어날 수 있는데, 접촉각이 높으면서 미끄럼각이 낮은 경우, 일정 이상 크기를 갖는 물방울을 굴러 떨어지게 하여 배수성을 높여 이러한 문제점을 완화시키는 이점이 있을 수 있다. On the other hand, when the contact angle is high and the sliding angle is high, the water droplet is fixed to the surface, resulting in poor drainage performance. As a result, heat exchange performance may deteriorate. When the contact angle is high and the sliding angle is low, Thereby increasing the drainage property, thereby mitigating such a problem.

도 17은 제조예 2에 따른 초발수 티타늄 구조체 제조방법에서 열처리단계의 수행여부에 따른 초발수 특성 발현여부를 비교한 이미지들이다.17 is a graph showing the comparison of the super-water-repellency characteristics according to whether the heat treatment step is performed or not in the method of manufacturing the super-water repellent titanium structure according to Production Example 2. [

도 17(a)는 Bare Ti 표면의 접촉각을 측정한 이미지로, 접촉각(CA)은 96°로 측정되었다.17 (a) is an image obtained by measuring the contact angle of the bare Ti surface, and a contact angle (CA) of 96 °.

도 17(b)는 제조예 2에 따른 공정 중에 열처리 단계를 수행하지 않고 제조한 경우로서, 황산용액을 이용한 식각공정 3회 및 진공건조단계를 수행하여 제조한 경우이다. 이 경우, 접촉각(CA)은 146°이고, 미끄럼각(SA)은 약 50°로 측정되었다. 따라서, 초발수 특성을 구현하지 못하였고, 미끄럼각도 상당히 큼을 알 수 있다.FIG. 17 (b) shows a case where the process according to Production Example 2 was performed without performing the heat treatment step, and the process was performed by performing the etching process three times using a sulfuric acid solution and the vacuum drying step. In this case, the contact angle CA was 146 占 and the sliding angle SA was measured at about 50 占. Therefore, the super-water-repellent property can not be realized, and the sliding angle is considerably large.

도 17(c)는 제조예 2에 따라 수행하여 제조한 경우로서, 황산용액을 이용한 식각공정 3회, 열처리단계 및 진공건조단계를 수행하여 제조한 경우이다. 이 경우, 이 경우, 접촉각(CA)은 151°이고, 미끄럼각(SA)은 10°미만으로 측정되었다. 따라서, 초발수 특성을 구현하였고, 미끄럼각도 상당히 작음을 알 수 있다.FIG. 17 (c) shows a case of manufacturing according to Production Example 2, which was performed by performing the etching process three times using a sulfuric acid solution, the heat treatment process, and the vacuum drying process. In this case, in this case, the contact angle CA was 151 °, and the sliding angle SA was measured to be less than 10 °. Therefore, the super-water-repellent property is realized and the sliding angle is considerably small.

본 발명에 따르면, 용액 방식의 식각 방식을 사용함으로써 기존의 초발수성 티타늄 표면 제작 방법에 비해 제조비용이 저렴하고 내구성이 높으며, 다양한 형상과 공정의 대면적화가 가능하다.According to the present invention, by using a solution type etching method, manufacturing cost is low, durability is high, and various shapes and processes can be made larger than the conventional method of producing a super water repellent titanium surface.

나아가, 이러한 초발수 티타늄 구조체는 특히 열교환기 또는 응축기(복수기)에 응용할 경우 기존에 비해 획기적으로 향상된 효율을 얻을 수 있다.Furthermore, such an ultra-water repellent titanium structure can achieve remarkably improved efficiency when applied to a heat exchanger or a condenser (condenser).

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (12)

90% 이상의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비하는 단계;
상기 고순도 티타늄을 70 ℃ 내지 90 ℃로 가열된 40% 내지 60%의 황산 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 제1 식각하여 상기 고순도 티타늄의 표면에 마이크로 구조체를 형성하는는 단계;
상기 표면이 제1 식각된 고순도 티타늄을 50 ℃ 내지 70 ℃로 가열된 수산화나트륨 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 제2 식각하여 상기 마이크로 구조체 상에 나노 구조체를 형성하는 단계;
상기 제2 식각된 고순도 티타늄을 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 고순도 티타늄을 진공건조하는 단계를 포함하고,
상기 제1 식각하는 단계를 적어도 2회 이상 반복수행함으로써, 상기 마이크로 구조체는 마이크로 크기의 판 위에 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에,
각각의 제1 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면을 세척하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하고,
상기 진공건조하는 단계는, 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 ℃ 내지 180 ℃ 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.Preparing high purity titanium having a purity of 90% or more;
Immersing the high purity titanium in a 40% to 60% sulfuric acid solution heated to 70 ° C to 90 ° C to form a microstructure on the surface of the high purity titanium by firstly etching the surface of the high purity titanium;
Immersing the surface of the first etched high purity titanium in a sodium hydroxide solution heated to 50 캜 to 70 캜 to secondarily etch the surface of the high purity titanium to form a nanostructure on the microstructure;
Heat treating the second etched high purity titanium; And
Vacuum drying the heat treated high purity titanium,
By performing the first etching step at least twice or more, the microstructure is characterized by including a microstructured structure having micro-lengths on the micro-sized plate,
During the step of repeating the first etching step,
Characterized in that a process of cleaning the high purity titanium surface between each first etching step is performed,
Wherein the vacuum drying step is performed in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr at a temperature of 150 ° C to 180 ° C for 1 hour to 2 hours. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment step is a heat treatment in an atmosphere of air or oxygen. 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는 400 ℃ 내지 600 ℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature ranging from 400 ° C to 600 ° C. 제1항에 있어서,
상기 제2 식각하는 단계 및 상기 열처리하는 단계 사이에,
상기 고순도 티타늄의 표면의 수산화이온을 중화시키는 단계를 더 포함하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
Between the second etching step and the heat treatment step,
And neutralizing hydroxide ions on the surface of the high purity titanium. 삭제delete 90% 이상의 순도를 갖는 고순도 티타늄을 준비하는 단계;
상기 고순도 티타늄을 70 ℃ 내지 90 ℃로 가열된 40% 내지 60%의 황산 용액에 담가 상기 고순도 티타늄의 표면을 식각하여 상기 고순도 티타늄의 표면에 마이크로 구조체를 형성하는 단계;
상기 식각된 고순도 티타늄을 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 고순도 티타늄을 진공건조하는 단계를 포함하고,
상기 식각하는 단계를 적어도 3회 이상 반복수행함으로써 상기 마이크로 구조체는 마이크로 크기의 판 위에 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 식각하는 단계를 반복수행하는 과정 중에,
각각의 식각 단계들 사이에 고순도 티타늄 표면을 세척하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하고,
상기 진공건조하는 단계는, 0.1 Torr 내지 1 Torr 의 진공분위기에서 150 ℃ 내지 180 ℃ 온도로 1시간 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.Preparing high purity titanium having a purity of 90% or more;
Immersing the high purity titanium in a 40% to 60% sulfuric acid solution heated to 70 to 90 캜 to form a microstructure on the surface of the high purity titanium by etching the surface of the high purity titanium;
Heat treating the etched high purity titanium; And
Vacuum drying the heat treated high purity titanium,
Wherein the step of performing the etching is repeated at least three times or more so that the microstructure includes a microstructure having a micro-length of a visible surface,
During the process of repeating the etching step,
Characterized in that a process of cleaning the high purity titanium surface between each of the etching steps is performed,
Wherein the vacuum drying step is performed in a vacuum atmosphere of 0.1 Torr to 1 Torr at a temperature of 150 ° C to 180 ° C for 1 hour to 2 hours. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 열처리 단계는 공기 또는 산소 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment step is a heat treatment in an atmosphere of air or oxygen. 제7항에 있어서,
상기 열처리 단계는 400 ℃ 내지 600 ℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature ranging from 400 ° C to 600 ° C. 삭제delete 제1항 또는 제7항의 제조방법에 의해 제조되고,
표면이 마이크로 크기의 판 위에 마이크로 길이의 가시가 솟아있는 형상의 구조를 포함하는 계층 구조인 것을 특징으로 하는 초발수 티타늄 구조체.8. A process for producing a polyurethane foam, which is produced by the production method of claim 1 or 7,
Characterized in that the surface of the super-water repellent titanium structure is a hierarchical structure including a structure in which micro-length spikes are formed on a micro-sized plate.
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