KR102106363B1 - 다공성 구조물의 제조 방법 - Google Patents

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KR102106363B1
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조영호
윤성현
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한국과학기술원
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Abstract

다공성 구조물의 제조 방법에 있어서, 구조 물질과 구조 물질 희석액의 제1 혼합액 및 석출 물질과 석출 물질 희석액의 제2 혼합액을 마련한다. 상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액을 혼합하여 구조-석출 물질 혼합액을 제조한다. 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시키되, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액의 비등점들 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도에서 또는 높은 비등점보다 높은 온도에서 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물을 형성한다. 상기 구조-석출 물질 혼합물에서 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하여 다공성 구조물을 형성한다.

Description

다공성 구조물의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING POROUS STRUCTURE}
본 발명은 다공성 구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 몰딩 공정을 통하여 다양한 형상을 가질 수 있는 다공성 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 기술 분야에서 다공성 구조물을 적용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 기존의 다공성 구조물의 제조에 있어서, 상기 구조물의 형태와 적용 가능한 재료 측면에서 한계가 존재한다. 파우더 형태이거나 단일면에만 공극 구조가 존재하는 등의 형태상의 제한이 있거나, 공극이 구조물 전체에 형성되는 경우와 같이 형태상의 제한이 없더라도, 적용 가능한 재료가 금속 산화물 또는 자가조립형 고분자 등으로 제한되는 재료상의 제한이 존재하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 사용자가 원하는 형태로 액상화가 가능한 모든 재료에 적용할 수 있는 다공성 구조물의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 다공성 구조물의 제조 방법에 있어서, 구조 물질과 구조 물질 희석액의 제1 혼합액 및 석출 물질과 석출 물질 희석액의 제2 혼합액을 마련한다. 상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액을 혼합하여 구조-석출 물질 혼합액을 제조한다. 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시키되, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액의 비등점들 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도에서 또는 높은 비등점보다 높은 온도에서 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물을 형성한다. 상기 구조-석출 물질 혼합물에서 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하여 다공성 구조물을 형성한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조 물질은 금속, 시멘트, 폴리머, 세라믹 또는 식용 재료를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것은, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 주형에 캐스팅하고, 그리고 상기 주형 내에서 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것은, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하여 박막 형태로 형성하고, 그리고 상기 박막 형태의 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하여 박막 형태로 형성하는 것은 스핀 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법 또는 브러시 코팅 방법을 이용하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 증발 단계에서 상기 구조 물질이 고형화되지 않을 경우, 상기 구조 물질을 고형화시키는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조 물질을 고형화시키는 것을 상기 구조 물질의 경화제를 사용하거나 상기 구조-석출 물질 혼합물을 상기 구조 물질의 경화 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 석출 물질 용해제는 상기 석출 물질 희석액과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출 물질의 용해제의 비등점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 용해시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출물질 용해제를 초음파 진동시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출 물질을 상기 석출 물질의 발화점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 연소시켜 제거하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시키는 것은 서로 다른 영역에서 서로 다른 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 제2 구조-석출 물질 혼합액을 제조하고, 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액에 상기 구조-석출 물질 혼합물을 포함시키고, 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시켜 제2 구조-석출 물질 혼합물을 형성하고, 그리고 상기 제2 구조-석출 물질 혼합물에서 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 다공성 구조물의 제조 방법에 있어서, 구조 물질과 석출 물질이 혼합된 구조-석출 물질 혼합액을 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물을 형성하고, 상기 구조-석출 물질 혼합물에서 석출 물질을 제거하여 다공성 구조물을 제조할 수 있다.
상기 구조 물질과 상기 석출 물질의 질량비를 조정하여 상기 다공성 구조물의 공극들의 비율을 조절할 수 있다. 상기 구조-석출 물질 혼합액의 증발 온도를 조정하여 상기 공극의 크기를 조절할 수 있다. 상기 증발 온도 구배를 조정하여 상기 공극의 분포를 조절할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 다공성 구조물의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2d는 예시적인 실시예들에 따른 다공성 구조물의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 3은 일 실시예에 따른 몰딩 공정을 이용한 구조-석출 물질 혼합액의 고형화 단계를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 구조-석출 물질 혼합물의 형성 단계에서의 증발 온도에 다른 공극의 크기를 나타내는 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 구조 물질과 석출 물질의 질량비에 따른 공극들의 개수를 나타내는 도면들이다.
도 6a 내지 도 6c는 증발 온도 구배에 따른 공극 크기 분포를 나타내는 도면들이다.
도 7은 증발 온도 차이에 다른 공극의 크기를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 복수 개의 다공성 구조물들을 형성하는 단계를 나타내는 도면들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 다공성 구조물의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2a 내지 도 2d는 예시적인 실시예들에 따른 다공성 구조물의 제조 방법을 나타내는 도면들이다. 도 3은 일 실시예에 따른 몰딩 공정을 이용한 구조-석출 물질 혼합액의 고형화 단계를 나타내는 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 구조-석출 물질 혼합물의 형성 단계에서의 증발 온도에 다른 공극의 크기를 나타내는 도면들이다. 도 5a 및 도 5b는 구조 물질과 석출 물질의 질량비에 따른 공극들의 개수를 나타내는 도면들이다. 도 6a 내지 도 6c는 증발 온도 구배에 따른 공극 크기 분포를 나타내는 도면들이다. 도 7은 증발 온도 차이에 다른 공극의 크기를 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 복수 개의 다공성 구조물들을 형성하는 단계를 나타내는 도면들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 먼저, 구조 물질과 구조 물질 희석액의 제1 혼합액 및 석출 물질과 석출 물질 희석액의 제2 혼합액을 각각 준비하고(S10, S20), 상기 제1 혼합액 및 상기 제2 혼합액을 혼합하여 구조-석출 물질 혼합액(10)을 제조할 수 있다(S30). 상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액을 제1 주형(100) 내에서 혼합하여 구조-석출 물질 혼합액(10)을 제조할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 다공성 구조물(30)은 몰딩 공정을 통하여 사용자가 원하는 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 공극이 구조물 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 구조 물질은 금속, 시멘트, 폴리머, 세라믹, 식용 재료 등의 액상화가 가능한 다양한 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 다공성 구조물은 다공성 폴리머 구조물일 수 있다. 상기 다공성 폴리머 구조물은 다공성 PDMS(Polydimethylsiloxane) 구조물일 수 있다. 예를 들면, 상기 구조 물질은 PDMS를 포함하고, 상기 구조 물질 희석액은 톨루엔(toluene)을 포함하고, 상기 석출 물질은 구연산을 포함하고, 상기 석출 물질 희석액은 에탄올(ethanol)을 포함할 수 있다. 상기 구조 물질과 상기 석출 물질의 질량비를 조절할 수 있다. 상기 PDMS와 상기 구연산의 질량비를 2:1이 되도록 조절할 수 있다. 또한, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 구조-석출 물질 혼합액(10)을 고형화시켜 구조-석출 물질 혼합물(20)을 형성할 수 있다(S40). 이 때, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액의 비등점들 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도에서 또는 높은 비등점보다 높은 온도에서 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물(20)을 형성할 수 있다. 구조-석출 물질 혼합물(20)은 구조 물질(22) 내에 고형의 석출 물질들(24)이 포함되어 있다.
상기 다공성 PDMS 구조물의 제조에 있어서, 톨루엔의 비등점(110.6℃)과 에탄올의 비등점(78.37℃) 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도(예를 들면, 60℃) 또는 높은 비등점보다 높은 온도(예를 들면, 150℃)에서 증발시켜 구조-석출 물질 혼합액(10)을 형성할 수 있다.
상기 증발 단계에서, 상기 증발 단계에서 상기 구조 물질이 고형화되지 않을 경우, 상기 구조 물질을 고형화시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 구조 물질(PDMS)의 경화제를 사용하여 PDMS를 경화시킬 수 있다. 이와 다르게, 구조-석출 물질 혼합물(20)을 상기 구조 물질의 경화 온도로 가열하여 상기 구조 물질을 경화시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 구조-석출 물질 혼합물(20)을 원하는 형태로 고형화시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 구조-석출 물질 혼합액(10)(또는 반-겔 상태의 구조-석출 물질 혼합물(20))을 원하는 형상의 틀(103)을 갖는 제2 주형(102)에 캐스팅하고 제2 주형(102) 내에서 구조-석출 물질 혼합액(20)을 고형화할 수 있다. 이에 따라, 상기 구조물의 형태에 제한이 없으며, 원하는 형상을 갖는 상기 다공성 PDMS 구조물을 제조할 수 있다.
이와 다르게, 구조-석출 물질 혼합액(10)(또는 반-겔 상태의 구조-석출 물질 혼합물(20))을 코팅하여 박막 형태로 형성하고, 상기 박막 형태의 구조-석출 물질 혼합액을 고형화할 수 있다. 상기 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하여 박막 형태로 형성하는 것은 스핀 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법 또는 브러시 코팅 방법을 이용할 수 있다. 이에 따라, 사용자가 원하는 재료 상에 다양한 형태로 코팅할 수 있다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 구조-석출 물질 혼합물(20)에서 고형의 석출 물질들(24)을 제거하여 다공성 구조물(30)을 형성할 수 있다(S50). 고형의 석출 물질들(24)이 제거된 부분에 공극들(40)이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 석출 물질 용해제를 사용하여 석출 물질(24)을 선택적으로 제거할 수 있다. 상기 석출 물질 용해제는 상기 석출 물질 희석액과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 PDMS 구조물의 제조에 있어서, 에탄올을 상기 석출 물질 용해제로 사용하여 상기 석출 물질인 고형의 구연산을 선택적으로 제거함으로써, 공극들(40)을 갖는 PDMD 구조물(30)을 형성할 수 있다.
상기 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거할 때, 상기 석출 물질의 용해제의 비등점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 용해시킬 수 있다. 이와 다르게, 상기 석출물질 용해제를 초음파 진동시켜 상기 석출 물질을 용해시킬 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 석출 물질을 상기 석출 물질의 발화점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 연소시켜 제거할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 증발 단계에서, 상기 증발 온도를 변경하여 공극(40)의 크기를 조절할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 톨루엔과 에탄올의 비등점들 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도(예를 들면, 60℃)에서 증발시킨 경우, 공극(40)은 제 1 크기(평균 90.5㎛)를 가질 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 톨루엔과 에탄올의 비등점들 중에서 높은 비등점보다 높은 온도(예를 들면, 150℃)에서 증발시킨 경우, 공극(40)은 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기(평균 28.3㎛)를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구조 물질과 상기 석출 물질의 질량비를 변경하여 공극(40)의 개수를 조절할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 석출 물질(구연산)의 농도가 제1 농도를 가질 경우, 제1 개수를 갖는 공극들(40)이 형성될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 석출 물질(구연산)의 농도가 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도를 가질 경우, 상기 제1 개수보다 많은 제2 개수를 갖는 공극들(40)이 형성될 수 있다. 따라서, 구조 물질(PDMS)과 석출 물질(구연산)의 질량비를 변경함으로써, 단위 부피당 공극의 개수(공극 분포)를 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 고형화 단계에서, 증발 온도 구배를 제공하여 영역 별 공극(40)의 크기를 조절할 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 구조-석출 물질 혼합액(10)을 고형화시키기 위한 가열 플레이트(200)의 증발 온도 구배를 제공하여 서로 다른 영역에서 서로 다른 온도로 가열할 수 있다. 가열 플레이트(200)의 일단부에서 제1 온도(T1)로 가열하고 가열 플레이트(200)의 타단부에서 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 가열할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상대적으로 낮은 온도 영역에서 고형화된 석출 물질(24)의 크기가 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 낮은 온도에서 고형화된 부분이 상대적으로 더 큰 크기의 공극을 가질 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 가열 플레이트(200)의 일단부에서 제1 온도(T1)로 가열하고, 가열 플레이트(200)의 중앙부에서 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 가열하고, 가열 플레이트(200)의 타단부에서 제2 온도(T2)보다 큰 제3 온도(T3)로 가열할 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 가열 플레이트(200)의 양단부에서 제1 온도(T1)로 가열하고 가열 플레이트(200)의 중앙부에서 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 가열할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 가열 플레이트들(202, 204, 206)이 제3 주형(104)의 3개의 공간들 하부에 각각 배치되고, 제1 가열 플레이트(202)는 온도(T1)로 가열하고, 제2 가열 플레이트(204)는 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 가열하고, 제3 가열 플레이트(200)의 타단부에서 제2 온도(T2)보다 큰 제3 온도(T3)로 가열할 수 있다.
이에 따라, 상기 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 복수 개의 다공성 구조물들을 형성할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 제2 구조-석출 물질 혼합액을 제조하고, 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액 내부에 구조-석출 물질 혼합물(20)을 배치시키고, 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시켜 제2 구조-석출 물질 혼합물(20')을 형성할 수 있다. 이어서, 제2 구조-석출 물질 혼합물(20')에서 석출 물질을 제거하고 구조-석출 물질 혼합물(20)에서 석출 물질을 각각 제거하여 제2 다공성 구조물 내부에 배치된 제1 다공성 구조물을 포함하는 복합 다공성 구조물을 형성할 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 제2 구조-석출 물질 혼합액을 제조하고, -석출 물질 혼합물(20) 상에 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하고, 상기 제2 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시켜 제2 구조-석출 물질 혼합물(20')을 형성할 수 있다. 이어서, 제2 구조-석출 물질 혼합물(20')에서 석출 물질을 제거하고 구조-석출 물질 혼합물(20)에서 석출 물질을 각각 제거하여 서로 적층된 제1 및 제2 다공성 구조물들을 포함하는 복합 다공성 구조물을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 다공성 구조물의 제조 방법에 있어서, 구조 물질과 석출 물질이 혼합된 구조-석출 물질 혼합액을 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물을 형성하고, 상기 구조-석출 물질 혼합물에서 석출 물질을 제거하여 다공성 구조물을 제조할 수 있다.
상기 구조 물질과 상기 석출 물질의 질량비를 조정하여 상기 다공성 구조물의 공극들의 비율을 조절할 수 있다. 상기 구조-석출 물질 혼합액의 증발 온도를 조정하여 상기 공극의 크기를 조절할 수 있다. 상기 증발 온도 구배를 조정하여 상기 공극의 분포를 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 구조 물질을 통해 상기 다공성 구조물의 공극의 크기 및 분포를 조절하여 소재의 광학적 특성을 변화시켜 광파의 반사를 조절하기 위한 재료로 사용할 수 있다. 일례로 광파의 굴절률을 조절할 수 있는 광학 부재로 활용이 가능하다.
또한, 상기 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 전자기파의 흡수 및 반사를 조절하기 위한 재료로 사용 가능하다. 일례로 스텔스 전투기의 레이더파 흡수를 위한 도료로 사용할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 구조 물질은 금속과 유기물의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 진동의 흡수 및 반사를 조절하기 위한 재료로 사용할 수 있다. 일례로 음파의 흡음 및 반사를 조절하여 방음 및 흡음 성능의 조절이 가능하다. 이 경우에 있어서, 상기 구조 물질은 폴리스티렌 또는 PDMS 등의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 열적 특성을 조절하기 위한 재료로 사용 가능하다. 일례로 흡열 성능을 조절 하여 단열재의 성능 조절이 가능하다.
또한, 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 구조물의 기계적 특성을 조절에 활용 가능하다. 일례로 탄성도를 조절하여 압력센서 등의 감도를 조절할 수 있다.
또한, 밀도를 조절하여 재료의 부양력의 조절이 필요한 경우에 활용 가능하다. 밀도 조절을 통하여 경량소재의 개발 역시 가능하다.
또한, 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 재료의 전기적 특성의 조절이 가능하다. 일례로 유전율을 변화시켜 재료의 절연성능의 조절이 가능하다.
또한, 다공성 구조물의 공극 크기 및 분포를 조절하여 식품의 식감 조절에 활용이 가능하다. 일례로, 아이스크림과 같은 식품의 경우 식품 내부의 공극률에 대하여 사용자가 원하는 식감을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 구조-석출 물질 혼합액 20: 구조-석출 물질 혼합물
22: 구조 물질 24: 석출 물질
30: 다공성 구조물 40: 공극
100, 102, 104: 주형 200, 202, 204, 206: 가열 플레이트

Claims (15)

  1. 구조 물질과 구조 물질 희석액의 제1 혼합액 및 석출 물질과 석출 물질 희석액의 제2 혼합액을 마련하고;
    상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액을 혼합하여 구조-석출 물질 혼합액을 제조하고;
    상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시키되, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액의 비등점들 중에서 낮은 비등점보다 낮은 온도에서 또는 높은 비등점보다 높은 온도에서 증발시켜 구조-석출 물질 혼합물을 형성하고; 그리고
    상기 구조-석출 물질 혼합물에서 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하여 다공성 구조물을 형성하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구조 물질은 금속, 시멘트, 폴리머, 세라믹 또는 식용 재료를 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것은
    상기 구조-석출 물질 혼합액을 주형에 캐스팅하고; 그리고
    상기 주형 내에서 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것은
    상기 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하여 박막 형태로 형성하고; 그리고
    상기 박막 형태의 구조-석출 물질 혼합액을 고형화하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 코팅하여 박막 형태로 형성하는 것은 스핀 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법 또는 브러시 코팅 방법을 이용하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 증발 단계에서 상기 구조 물질이 고형화되지 않을 경우, 상기 구조 물질을 고형화시키는 것을 더 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 구조 물질을 고형화시키는 것을 상기 구조 물질의 경화제를 사용하거나 상기 구조-석출 물질 혼합물을 상기 구조 물질의 경화 온도로 가열하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 구조 물질 희석액과 상기 석출 물질 희석액은 서로 동일한 물질을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 석출 물질 용해제는 상기 석출 물질 희석액과 동일한 물질을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출 물질의 용해제의 비등점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 용해시키는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 석출 물질 용해제를 사용하여 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출물질 용해제를 초음파 진동시키는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것은 상기 석출 물질을 상기 석출 물질의 발화점 이상의 온도로 가열하여 상기 석출 물질을 연소시켜 제거하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시키는 것은 서로 다른 영역에서 서로 다른 온도로 가열하는 것을 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    제2 구조-석출 물질 혼합액을 제조하고;
    상기 제2 구조-석출 물질 혼합액에 상기 구조-석출 물질 혼합물을 포함시키고;
    상기 제2 구조-석출 물질 혼합액을 고형화시켜 제2 구조-석출 물질 혼합물을 형성하고; 그리고
    상기 제2 구조-석출 물질 혼합물에서 석출 물질을 선택적으로 제거하는 것을 더 포함하는 다공성 구조물의 제조 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040077739A1 (en) * 2000-12-27 2004-04-22 Per Flodin Method for preparing an open porous polymer material and an open porous polymer material
US20090087641A1 (en) * 2005-11-14 2009-04-02 Favis Basil D Porous nanosheath networks, method of making and uses thereof
WO2011143206A2 (en) * 2010-05-10 2011-11-17 Allergan, Inc. Porous materials, methods of making and uses
US20170260351A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 The University Of Massachusetts Porous material and methods of making and of using the same
KR20180129710A (ko) * 2018-11-21 2018-12-05 한양대학교 산학협력단 다공성 구조체의 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040077739A1 (en) * 2000-12-27 2004-04-22 Per Flodin Method for preparing an open porous polymer material and an open porous polymer material
US20090087641A1 (en) * 2005-11-14 2009-04-02 Favis Basil D Porous nanosheath networks, method of making and uses thereof
WO2011143206A2 (en) * 2010-05-10 2011-11-17 Allergan, Inc. Porous materials, methods of making and uses
JP2013526932A (ja) * 2010-05-10 2013-06-27 アラーガン、インコーポレイテッド 多孔質材料、作製方法および使用
KR20130079425A (ko) * 2010-05-10 2013-07-10 알러간, 인코포레이티드 다공성 재료, 제조 방법 및 용도
US20170260351A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 The University Of Massachusetts Porous material and methods of making and of using the same
KR20180129710A (ko) * 2018-11-21 2018-12-05 한양대학교 산학협력단 다공성 구조체의 제조방법

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