이방성 금 나노 막대와 셀룰로오스 나노 크리스탈 입자가 공동 조립된 광대역 플라즈모닉 메타 표면을 이용한 결빙 방지 필름
ANTI-ICING FILM USING BROADBAND PLASMONIC METASURFACES CO-ASSEMBLED WITH ANISOTROPIC GOLD NANORODS AND CELLULOSE NANOCRYSTALS
특허 요약
본 개시는 이방성 금 나노 막대와 셀룰로오스 나노 크리스탈이 공동 자가 조립된 광대역 플라즈모닉 메타 표면을 생성하고, 이를 이용하여 결빙방지 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, (a) 셀룰로오스 나노 크리스탈과 이방성 금 나노막대의 접합체 및 이원 혼합용액을 포함하는 결빙 방지 필름용 잉크를 준비하는 단계; (b) 상기 준비된 잉크로 기판을 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 코팅된 잉크로부터 이원 혼합용액을 증발시키는 단계; 를 포함하는 결빙 방지 필름의 제조방법 및 이로부터 제조된 결빙 방지 필름을 제공할 수 있다. 또한 본 개시는 기판; 및 상기 기판 상에 메타표면을 포함하는 필름층; 을 포함하고, 상기 메타표면은 일정한 방향으로 배열된 이방성 금 나노 막대 및 셀룰로오스 나노 크리스탈 입자가 공동 조립된 복합체를 포함하여, 가시광 파장의 광 조사만으로 제빙/결빙 효과가 있는 결빙 방지 필름을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

셀룰로오스 나노 크리스탈 입자, 이방성 금 나노 막대 및 이원 혼합용액을 포함하는 결빙 방지 필름용 잉크.

2

제1항에 있어서,상기 이원혼합용액은 제1용매과 제2용매을 포함하고, 상기 제1용매와 제2용매는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것인, 결빙 방지 필름용 잉크.[식 1][식 2] (식 1의 , 는 각각 제1용매, 제2용매의 20℃에 있어서의 증기압이며, 증기압 단위는 kPa이다. 식 2의 는 제1용매와 제2용매 중 표면장력이 큰 용매의 표면장력 값, 는 제1용매와 제2용매 중 표면장력이 작은 용매의 표면장력 값이다. 상기 표면장력 값은 25℃에 있어서의 표면장력이며, 표면장력 단위는 mN/m이다.)

3

제2항에 있어서,상기 제1 용매는 메탄올, 상기 제2 용매는 물을 포함하는 것인, 결빙 방지 필름용 잉크.

4

제1항에 있어서, 상기 잉크는 증발시간 전 영역 구간에서 하기 식 3을 만족하는 것인, 결빙 방지 필름용 잉크.[식 3]|Ud/Uc| ≥ 1상기 식 3에서, Ud는 상기 잉크가 고체 기판에 드롭-캐스팅법으로 적하 후 잉크 액적과 기판의 접촉선의 디웨팅 속도이고, Uc는 고체 기판에 적하 후 잉크 액적과 기판의 접촉면 내 커피링 유동 속도이다.

5

제1항에 있어서,상기 이방성 금 나노 막대의 종횡비는 2 내지 9인, 결빙 방지 필름용 잉크.

6

제1항에 있어서,상기 셀룰로오스 나노 크리스탈 입자의 종횡비(Aspect ratio)가 2 내지 30인 결빙 방지 필름용 잉크.

7

(a) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 잉크를 준비하는 단계;(b) 상기 준비된 잉크를 기판에 코팅하는 단계; 및(c) 상기 코팅된 잉크로부터 이원 혼합용액을 증발시키는 단계; 를 포함하는, 결빙 방지 필름의 제조방법.

8

제7항에 있어서,상기 (a) 단계의 잉크는 1.0 내지 10.0 중량%의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 포함하는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

9

제7항에 있어서,상기 (a) 단계의 잉크는 0.01 내지 1.0 중량%의 이방성 금 나노 막대를 포함하는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

10

제7항에 있어서,상기 잉크를 기판 상에 코팅하는 방법은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 드롭-캐스팅, 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅, 슬롯다이 코팅(Slot die coating), 롤투롤(roll-to-roll) 프린팅, 닥터블레이트 코팅, 스크린 프린팅 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 방법에 의해 수행되는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

11

제7항에 있어서,상기 건조 단계에서 셀룰로오스 나노 크리스탈에 이방성 금 나노막대가 자가 조립되어 필름의 사분면에 나이테 형상으로 균일하게 정렬된 패턴을 형성하는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

12

제7항에 있어서,상기 건조단계는 상온 및 상압에서 진행되는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

13

제7항에 있어서,상기 (c)단계 이후, 방수층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인, 결빙 방지 필름의 제조방법.

14

기판; 및상기 기판 상에 메타표면을 포함하는 필름층; 을 포함하고,상기 메타표면은 일정한 방향으로 배열된 이방성 금 나노 막대 및 셀룰로오스 나노 크리스탈 입자가 공동 조립된 복합체를 포함하는 것인, 결빙 방지 필름.

15

제14항에 있어서,상기 메타표면은 상기 셀룰로오스 나노 크리스탈 입자 및 상기 이방성 금 나노막대의 복합체가 상기 필름층의 사분면에 나이테 형상으로 평행하게 배향된 패턴인 것인, 결빙 방지 필름.

16

제14항에 있어서,상기 셀룰로오스 나노 크리스탈: 이방성 금 나노막대는 1:0.001 내지 1:1 중량비로 포함되는 것인, 결빙 방지 필름.

17

제14항에 있어서, 상기 결빙 방지 필름은 가시광선 영역의 광 조사만으로도 발열하는 것인, 결빙 방지 필름.

18

제14항에 있어서,상기 결빙 방지 필름은 하기 식 3를 만족하는 것인, 결빙 방지 필름.[식 4]상기 식 4에서,Te는 수득된 필름의 엣지(Edge)에서의 두께이고, Tc는 수득된 필름의 중심에서 두께이다.