Surface Modification of Three-dimensional Carbon Nanotube Structures for Superamphiphobic Surface

Abstract

3차원 탄소나노튜브 구조는 전극, 광 촉매, 바이오 센서 등 다양한 분야에서 사용되어 왔다. 본 논문에서는 탄소나노튜브의 표면을 초발수 및 발유성을 갖도록 개질 시킨 후 이를 접촉각 측정과 형광 이미지를 이용하여 표면이 개질 되었음을 확인하였다. 그리고 이를 서로 다른 상태를 갖는 마이크로 플루이딕 칩의 응용 가능성까지 확인하였다. 서로 다른 상태를 갖는 마이크로 플루이딕 칩은 구조체의 윗부분과 아랫부분에 흐르는 물질의 상이 다른 구조를 갖는다. 이 마이크로 플루이딕 칩은 휘발성 화학물질 또는 독성, 민감성, 폭발성을 갖는 유기물질 합성 등 여러 분야에서 응용되어 왔다. 마이크로 플루이딕 칩의 유체흐름에서 서로 뭉쳐지거나 끊어지는 현상을 막기 위해 아세틸렌 플라즈마 처리를 하였으며 고분자형 탄소층이 3차원 탄소나노튜브 구조체의 표면에 균일하게 코팅되었다. 그 후 고분자형 탄소층이 코팅된 3차원 탄소나노튜브 구조체의 표면에 산소 플라즈마를 처리하여 작용기를 형성하였으며, 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltrichlorosiolane (PFOTS)를 처리하여 표면을 불소화 하였다. 불소화 된 3차원 탄소나노튜브 구조체는 표면을 확인하기 위해 주사 전자 현미경 (SEM), 접촉각 측정, 형광으로 분석되었다. 초발수 및 발유성 표면은 서로 다른 표면에너지를 갖는 용매를 통해 확인하였으며, 형광물질이 포함되어 있는 용매를 떨어뜨린 후 완전히 증발하여 형광 이미지를 측정하였을 때 내부에 형광이 나타나지 않음에 따라 초발수 및 발유성 표면의 형성을 확인하였다. 불소화 된 3차원 탄소나노튜브 구조체는 계층적 구조체이며, 서로 다른 두 상을 갖는 물질의 마이크로 플루이딕 칩 응용에 강점을 갖고 있다. 이 구조체는 서로 다른 표면에너지를 갖는 용매를 통해 초발수 및 발유성을 확인하였으며, 두 상을 갖는 마이크로 플루이딕 칩에 응용될 가능성을 가지고 있다.; The three-dimensional network structure of carbon nanotubes (3D CNT Network) has been applied in various applications such as material for electrodes, photo-catalysis, and sensors. A 2-phase fluidic chip which has two different phase materials in the upper and lower parts of the channel has been introduced. This 2-phase fluidic chip has superamphiphobic surfaces for performing organic material conversion which has toxic, sensitive and explosive properties to volatile chemicals or gas intermediates. The reversed phase fluidic chip was fabricated by fluorinating 3D CNT network structure using a fluorine-containing material 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl trichlorosilane (PFOTS) to generate a superamphiphobic surface. Moreover, a polymer-like carbon (PLC) layer that can reinforce the structure stability of 3D CNT network structure in the flow of the liquid phase. The fluorinated 3D CNT network structure was analyzed by several analytical tools such as scanning electron microscope, contact angle goniometer and fluorescence microscope to evaluate the degree of surface modification. Superamphiphobic surface was confirmed by contact angle measurement using various solvents with different surface tension. The fluorescence microscope imaging also was done by dropping fluorescence isothiocyanate isomer (FITC) solution onto the fluorinated 3D CNT network structure, and it confirmed the presence of fluorescent materials penetrated inside of the structure. As a result, FITC was observed only at the top of pillars, this means that surface modification was well done. Further study superamphiphobic surface with 3D CNT network structure could be applied to 2-phase fluidic chip.