경화 온도에 따라 구조 조절이 가능한 2차원의 다공성 필름의 제조와 특성

Abstract

마이크로미터 혹은 마이크로미터 이하 크기의 기공을 갖는 규칙적인 배열의 2차원 다공성 필름은 기공의 크기와 높이와 같은 필름구조에 따라 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이에 따라 기공의 형태를 조절하는 다양한 방법들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 polystyrene 입자와 필름을 구성하기 위해 사용한 페놀 수지 전구체를 사용하여 다공성 필름을 제조하였으며, 다공성 필름의 제조온도를 조절하여, 온도에 따른 polystyrene과 경화 전구체의 유변학적 특성 변화를 이용하여 다양한 형태의 기공을 지닌 다공성 필름을 제조할 수 있는 방법을 개발하였고, 이에 따른 필름의 특성변화를 관찰하였다. 이러한 결과를 바탕으로 초발수성 다공성 필름을 제조하였으며, 이를 활용하여 실리콘 태양전지의 외부 환경에 따른 효율 유지목적을 위해 코팅 물질로 사용하였다. 먼저 다공성 필름을 제조하기 위한 template로써 단분산성의 선형 polystyrene 콜로이드를 합성하여 콜로이드 결정 단층막을 제조하였다. 제조된 template에 페놀수지 전구체 용액을 채웠고, 경화 후 template를 제거하여 다공성 필름을 제조하였다. 필름의 제조 온도는 페놀수지 전구체의 경화온도인 120 oC에서부터 160 oC의 범위 내에서 조절되었다. 6 μm 직경의 콜로이드 결정 단층막 template를 통해 제조한 다공성 필름은 제조 온도에 따라 기공의 지름이 2.83 μm에서 5.15 μm까지 조절되었고, 기공의 높이는 0.35 μm에서 2.61 μm까지 조절되었다. 다른 크기의 콜로이드를 사용할 경우도 필름 제조 온도에 따라 기공의 크기가 조절되었다. 제조된 다공성 필름은 제조온도 및 그에 따른 구조에 따라 물의 접촉각이 변하였다. 6 μm 직경의 콜로이드 결정 단층막 template를 통해 제조한 다공성 필름의 경우 평평한 페놀수지 필름의 경우 79o의 접촉각을 나타내는데, 다공성 필름의 경우 구조에 따라 81o에서 110o 범위의 접촉각을 나타냈다. 110o의 접촉각을 가지는 다공성 필름의 표면에 추가적인 화학적 개질을 함으로써 160o의 접촉각을 가지는 초소수성 다공성 필름을 제조하였다. 또한, template로 이용한 입자의 크기 및 제조 온도를 조절함으로써 다공성 필름의 가시광선 영역대의 반사율이 다양하게 조절되는 것을 확인하였다. 이러한 특성을 지닌 다공성 필름을 태양전지 표면에 코팅하여 자가 세척(self-cleaning) 필름으로 이용하는 연구를 진행하였다. 태양전지에 인공 오염비를 떨어뜨리는 실험을 진행하였을 때, 필름이 코팅되지 않은 전지의 효율은 50% 이상 감소하였으나, 초소수성 다공성 필름이 코팅된 전지의 효율은 감소하지 않고 유지되었다.