• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.49.2-49.2
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• 2009

최근, 플루이딕스칩 제작에 있어서 가격이 저렴하며 구조물 형성이 쉽다는 장점으로 인하여 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체하려는 연구가 많이 진행하고 있다. 하지만 플라스틱 기판은 유리 기판에 비하여 많은 장점을 갖고 있음에도 불구하고, 기판 표면이 소수성이기 때문에 유체의 흐름을 저하시키는 문제점이 있다. 기존의 플라스틱 기판을 친수성으로 개질하는 방법으로는 화학적처리, 자외선 조사, 산소플라즈마 처리 등의 방법이 있었으나, 화학적처리 방법은 공정의 민감성과 폐기물로 인한 양산적용의 한계가 있고, 자외선 조사법 및 산소 플라즈마 처리는 친수성이 영구적이지 않다는 결정적인 문제점이 있다. 이는 플라스틱 플루이딕스칩의 신뢰도를 크게 저해하여 상용화에 큰 문제점으로 작용한다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 새로운 방법의 친수성 표면처리가 요구되어 지고 있다. 본 연구에서는, 기존 플라스틱 기판의 친수성 표면처리 방법들의 문제점들을 개선하고자 플라스틱 기판의 변형을 야기하지 않는 저온 PE-CVD 방식을 이용하여 균질한 두께의 $SiO_2$박막을 형성 하였으며, 형성된 박막을 liquid self-assembled monolayer(L-SAM)방식을 이용하여 아민 표면으로 개질하였다. 이를 통해, 플라스틱 채널 상에서 유체의 원활한 흐름, 형성된 아민 표면에 단백질 및 DNA와 같은 생체 물질 고정화의 용이성 및 영구적 표면개질의 특성을 얻을 수 있었다. 이뿐만 아니라, 플라스틱 기판 외에도 재료에 관계없이 모든 물질의 표면을 생체 안정성이 뛰어난 친수성 표면으로 개질 할 수 있으며, 알데히드 및 카르복시산 등의 다양한 작용기로 변형이 쉽다는 장점이 있다. 개질된 친수성 표면의 평가를 위하여 시간에 따른 접 촉각 및 형광 스캐너(Fluorescence Scanner)를 이용하여 영구적인 친수성 특성 및 생체물질 적합성을 파악하였다. 또한, L-SAM 조건에 따른 아민의 형성정도를 측정하기 위하여 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 실시 하였다. 최적화된 표면처리를 실제 플라스틱 플루이딕스칩에 적용하여, 유체의 흐름을 관찰 하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2004년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.2096-2098
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• 2004

본 논문은 마이크로 유체 소자의 소재로서 많이 쓰이고 있는 poly(dimethyl-siloxane) (PDMS)의 친수성 유지를 위한 표면 개질에 대한 연구이다. PDMS는 유연성, 투명성 등의 다양한 장점을 가지고 있으나, 높은 소수성으로 인하여 유체 소자로의 응용에 제한을 갖는다. 기존 연구에서 수행한 산소 플라즈마 후 2-Hydroxyethyl methacrylate (HEMA) 처리에 의한 PDMS의 표면 개질은 친수성 유지 시간에 한계가 있었다. 이에 친수성 유지 시간을 증가시키기 위하여 경화된 PDMS에 두 시간의 오존 처리 후, 6시간 동안 monomethyl ether hydroquinone (MEHQ)가 제거된 HEMA로 표면을 개질한다. 표면 처리된 PDMS의 친수성 특성을 확인하기 위해 접촉각을 측정하였다. 측정 결과, 오존을 이용하였을 때 $60^{\circ}$ 이하의 낮은 접촉각이 900시간 이상 유지됨을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.334-334
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• 2009

본 논문에서는 질화갈륨 (GaN) 표면에 나노-스피어 리소그라피를 가능하게 하기 위하여 친수성으로 개질을 시도하였다. 플라즈마 처리 공정 변수인 공정 파워, 처리시간을 변화시키면서 표면을 개질하였으며, 친수성 개질을 확인하기 위하여 접촉각 및 표면 자유 에너지 변화를 측정 계산하였다. 또한 FT-IR 분석을 통하여 표면 작용기를 확인하였다. 최종적으로 본 실험의 결과로 얻어진 친수성이 질화갈륨 표면의 나노-스피어 리소그라피에 얼마나 큰 영향을 주는지 표면 모폴리지를 SEM을 이용하여 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.327-327
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• 2011

DLC 필름은 바이오 적합성, 특히 생체 적합성이 뛰어나기 때문에 바이오 코팅분야에서 널리 이용된다. 많은 연구 결과에 의하면 세포와 장기 등이 바이오 재료 표면에 적절히 접합할 수 있도록, 재료 표면을 산소나 질소를 이용하여 플라즈마 처리로 초친수성 표면으로 개질하고 있다. 하지만, 시간이 지남에 따라서 친수성 표면은 점차 재료의 표면 처리 전의 성질인 소수성을 회복하게 된다. D실제 생체에 적용하기 위해서 이러한 시효 효과에 대한 정확한 평가가 이루어져야 한다. 따라서 산소와 질소 플라즈마 처리 후의 친수성 성질이 소수성 성질로 변해가는 거동을 조사하는게 중요하다. 13.56 MHz의 plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) 법을 이용하여 DLC와 Si-DLC를 500 ${\mu}m$ 두께의 P-type 실리콘(100) 기판에 증착하였다. 박막 증착 과정에 사용한 기체는 벤젠과 희석된 silane이 사용되었다(SiH4/H2=10:90). 박막 증착은 -400 V의 바이어스 전압을 인가하였으며, 이때 증착 압력은 1.33Pa으로 일정하게 유지하여, 두께 $0.55{\pm}0.01{\mu}m$로 증착하였다. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 법을 이용하여 실리콘 함량을 측정하였으며, 증착 된 Si-DLC의 실리콘 함량은 0~4.88 at. %였다. 이후에 질소와 산소 플라즈마를 이용하여 챔버 압력을 1.33 Pa로 유지하여, -400 V의 바이어스 전압을 인가하여 10분간 표면 처리를 하였다. 표면 처리된 DLC와 Si-DLC 표면 위에서의 물방울(water droplet)의 젖음각을 20일간 측정하였다. 플라즈마 표면 처리 된 모든 시편에서 초기 젖음각은 $10{\sim}20^{\circ}$의 친수성 성질을 보였지만, 점차 젖음각이 상승하여 산소 플라즈마 처리 된 Si-DLC를 제외하고는 5일이 지나면서 거의 소수성 표면으로 회복되었다. 산소 플라즈마 처리 된 Si-DLC의 경우, 젖음 각 측정 기간(20일) 동안 $15^{\circ}$ 미만의 친수성 성질을 유지하였다.

• 폴리머
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• 제30권5호
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• pp.391-396
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• 2006

플라스마 표면처리는 접착력, 친수성, 소수성 등과 같은 고분자의 표면 특성을 개질시키기 위하여 사용되고 있다. 플라스마를 이용하여 표면을 처리하게 되면 고분자의 전체적인 물성은 유지한 채 표면의 특성만을 변화시키는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 다양한 가스를 사용한 플라스마를 이용하여 상업용 Polyarlide66 (PA66) /polyphenylene(PPE) 고분자의 표면의 접착력 향상을 위해 표면 유기물 제거와 친수성으로 개질을 시도하였다. 플라스마 처리 공정 변수인 공정 파워, 처리 시간, 가스 종 들을 변화시키면서 표면을 개질하였으며 PASS/ PPE 고분자의 친수성 개질을 확인하기 위하여 접촉각 및 표면 자유에너지 변화를 측정하였다. 또한 유기물 제거를 FTIR 분석을 통하여 확인하였다. 플라스마를 이용한 표면처리 결과, 공정 파워 100 W, 처리 시간 2분, 아르곤/산소 공정가스에서 가장 낮은 접촉각(73도에서 14도)과 가장 높은 표면 자유에너지 ($44.20 mJ/m^2$에서 $50.03 mJ/m^2$)를 나타내었다.

• 폴리머
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• 제38권2호
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• pp.205-212
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• 2014

본 연구에서는 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES)을 연소배가스에 포함된 수증기를 분리 및 회수하기 위한 고분자 분리막 소재로 사용하기 위해 다양한 물리 화학적 표면개질 방법을 사용하여 PES 평막 표면의 친수성을 향상시키고자 하였다. 균일한 PES 평막을 제조한 후 친수성 향상을 위한 개질 방법으로 산처리, 블렌딩 및 플라즈마 처리를 통해 표면개질을 하였고, 표면 특성을 비교하였다. PES 평막 표면의 특성 변화는 ATR-FTIR, XPS, SEM 및 접촉각 측정을 통해 관찰하였다. 황산을 이용한 산처리 방법과 양친매성 고분자를 이용한 블렌딩 방법에 의해 개질된 PES 평막에서는 접촉각의 변화가 크지 않았다. Ar 플라즈마 처리를 한 경우, 플라스마 처리 시간이 증가함에 따라 PES 표면의 친수성이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 결과를 통해 다양한 표면개질 방법 중 플라즈마 방법을 적용하여 PES 표면을 처리하는 것이 PES 막 표면의 친수성 향상에 가장 효과적임을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.103-104
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• 2005

본 논문에서는 Nd:YAG($\lambda$=266 nm, pulse) 레이저빔을 PDMS 표면에 조사하여, 소수성 물질인 PDMS를 친수성 물질로 개질하였다. 이미 산소 플라즈마를 이용한 것과 오존을 이용한 PDMS 표면 개질에 관한 논문이 발표되었는데, 레이저를 이용한 표면 개질은 간단한 레이저 빛의 조사만으로 표면을 개질할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 레이저를 이용하여 PDMS 를 표면처리한 후에 접촉각 측정기를 이용해서 측정한 결과 접촉각 감소가 있었다. 묘면에 산소 함유량이 증가한 것을 확인함으로써 친수성 물질로의 표면 개질됨을 확인할 수 있었다.

• 분석과학
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• 제15권3호
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• pp.229-235
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• 2002

폴리스티렌 시료의 표면을 플라즈마 이온주입(PSII) 기술로 처리하여 친수성을 향상시켰다. 친수성이 향상된 표면은 시간이 지남에 따라 원래 성질인 소수성으로 되돌아가려는 특성 (aging effect)이 있는데 본 연구에서는 각각 분자량이 다른 폴리스티렌 필름을 이용하여 분자량에 따른 에이징 효과를 살펴보았다. 무게평균 분자량이 각각 $M_w$ = 760, 2430, 31600, 115700, 280000, 903600 인 폴리스티렌을 가스종류와 펄스전압 등의 PSII 실험 변수에 따라 표면 친수성 변화를 측정하였고 PSII 처리 후 보관온도를 달리하여 분자량에 따른 에이징 정도를 관찰하였다. 분자량이 큰 폴리스티렌이 시간에 따른 에이징 현상이 적게 일어났으며 펄스전압과 보관온도가 높은 조건에서도 사슬이 긴 폴리스티렌이 에이징이 덜 되었다. 물 접촉각을 측정하여 표면 친수성을 나타내었으며 처리 후 표면 구조 변화를 관찰하기 위하여 SEM과 AFM을 이용하였고, TOF-SIMS와 XPS를 통하여 표면에 생성된 작용기들을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.199-199
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• 1999

상용의 PVC가 갖는 소수 특성을 개선하기 위해 산소, 아르곤, 수소 이온의 이온 보조 반응법을 이용하여 표면의 친수성을 증대시키고 이때 친수성 증가의 직접적 원인인 표면에너지 증가를 각각의 이온조사에 따라서 비교하였다. 이온 소스는 직경 5-cm의 cold hollow cathod ion gun을 이용하였으며 산소, 아르곤, 수소이온을 이온 조사량 5$\times$1014~1$\times$1017ions/cm2까지 변화시키고 산소의 유량을 0~8sccm까지 변화시키면서 표면 에너지 변화를 관찰하였다. 표면 에너지는 두 가지의 극성 용매인 물과 포름아마이드의 접촉각을 정적 접촉각 측정기를 이용하여 측정한 후에 이로부터 dispersion force와 polar force를 계산하여 얻었다. 계산된 결과를 보면 처리 전과후의 dispersion force의 변화는 거의 없으나 polar force는 크게 증가하였다. 이때 표면 에너지의 증가는 표면 형상의 변화와 극성을 띠는 친수성기의 증가로 여겨지며 각각의 경우에 대한 분석을 위해 AFM과 XPS 분석을 시행하여 각각의 이온에 따르는 표면 형상의 변화와 친수성기의 형성 및 상대적인 양을 비교하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.85.2-85.2
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• 2018

금속 나노구조체에서의 localized surface plasmon resonance와 surface-enhanced Raman scattering 현상은 센서를 비롯한 다양한 응용분야를 가지고 있다. 나노구조체 array 형성을 위한 대표적인 top-down 방식인 e-beam lithography 공정은 제조비용이 매우 높고 대량생산 및 대면적화에도 한계가 있기에 polystyrene(PS) bead의 self-assembly를 이용한 nanosphere lithography와 같은 bottom-up 방식이 폭넓게 연구되고 있다. Closed-packing된 PS bead의 monolayer를 얻기 위해서는 기판의 친수성 처리가 필요한데, 기존의 많은 연구에서는 기판의 표면개질에 화학적 공정을 이용하고 있다. 하지만 이는 기판 선택의 자유도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 금속이나 실리콘 기판에서는 산성 용액을 이용한 화학적 처리방법을 적용할 수 있지만 SU-8과 같은 감광액 및 폴리머 기판에서는 산에 대한 내구성이 떨어져 화학적 공정의 도입이 불가능 하기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해 $UV-O_3$ 공정으로 친수성 처리된 다양한 기판에서 spin coating을 통한 PS monolayer를 제조하였는데, UV 램프의 에너지 조절을 통해 기판에 붙어있는 유기물들을 효과적으로 제거할 수 있었고 $O_3$ 생성 및 분해 과정에서 기판 표면에 친수성 화학 작용기를 생성시킬 수 있었다. 제조된 PS layer를 mask로 사용하여 Ag, Al, Au 등 다양한 나노구조체 array를 형성하여 array 주기에 따른 플라즈몬 공명 특성을 분석하였다. 레이저 조사로 나노구조체의 형상을 변화시킴으로써 동일한 물질과 주기를 가진 array에서도 플라즈몬 특성의 변조가 가능함을 확인하였는데, 이는 금속 나노구조체의 응용측면에서 매우 고무적인 발견이다.