KR102066988B1 - The metamaterial structure for tunable plasmonic resonance and its fabrication method - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 기판; 기판 상의 나노패턴으로 구성된 제1금속; 제1금속의 외면에서 갈바닉 치환된 제2금속; 제2금속으로 구성된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 및 그 제조방법을 개시한다.Herein is a substrate; A first metal composed of a nanopattern on the substrate; A second metal galvanic substituted on the outer surface of the first metal; Disclosed is a metamaterial structure comprising a coating layer composed of a second metal and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 조절 가능한 플라즈모닉 공진 특성을 가지는 메타물질 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세히는 갈바닉 치환을 통하여 간단하게 플라즈모닉 공진특성을 조절할 수 있는 메타물질 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metamaterial structure having an adjustable plasmonic resonance property and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a metamaterial structure and a method for manufacturing the same, which can be easily adjusted through galvanic substitution.
금속 나노구조가 형성된 메타물질에 빛이 입사하면 금속 내에 존재하는 자유전자와의 상호작용으로 플라즈몬이라는 자유전자 밀도가 집단적으로 진동하여 특정 파장을 흡수하게 되므로 이 특성을 통하여 플라즈모닉 센서, 컬러필터 등 나노광학 분야에 대한 응용이 진행되고 있다. 각 응용분야에서 요구하는 특성에 적합하도록 플라즈모닉 특성이 조절되어야 하므로 복잡한 금속 나노구조를 적용하는 연구가 진행되어왔다.When light enters the metamaterial on which the metal nanostructure is formed, the free electron density called plasmon vibrates collectively and absorbs a specific wavelength due to interaction with free electrons present in the metal. Applications in the field of nano-optics are underway. Since plasmonic properties have to be adjusted to suit the characteristics required for each application, researches on applying complex metal nanostructures have been conducted.
따라서 최근에는 소재의 물성을 조절하여 새로운 플라즈모닉 물질을 탐색하고 기존 플라즈모닉 응용소자의 성능을 향상시키고 있었다. 즉, 두 가지 이상의 물질이 서로 결합하거나 희석된 형태의 물질을 (Cu-Ag, Pb-Rh, Ag-Au 등) 이용하여 기존의 순수한 금속의 광학 특성을 뛰어 넘어 표면증강라만산란(SERS), 광전극, 촉매 등의 응용분야에서 성능을 향상시키고자 연구를 진행하고 있었다. Therefore, in recent years, new plasmonic materials have been explored by controlling the physical properties of materials and improving performance of existing plasmonic applications. In other words, by using two or more materials combined with each other or diluted form (Cu-Ag, Pb-Rh, Ag-Au, etc.) beyond the optical properties of the existing pure metal surface enhancement Raman scattering (SERS), In order to improve the performance in the application fields of photoelectrode, catalyst, etc., the research was conducted.
하지만, 대부분 연구된 이원금속은 복잡한 합성 방법에 의하여 코어쉘 형태의 나노입자 등으로 제작되고 있어 기존의 메타물질 제조법은 복잡하고 단순하지 않은 문제점이 있었다. However, most of the studied binary metals are made of nanoshells in the form of core-shells by a complex synthesis method, and thus there is a problem in that the conventional metamaterial manufacturing method is not complicated and simple.
또한, 개발된 나노입자가 그 자체로는 의미가 있지만 이원금속을 활용한 메타물질의 제조법은 특정한 형상에만 한정적으로 적용 가능했다. 더하여, 이원금속으로 사용되는 금속도 한정적인 특정 금속을 사용하여 기존의 메타물질 제조법은 범용적이지 못한 문제점이 있었다.In addition, although the developed nanoparticles are meaningful in themselves, the method of preparing metamaterials using binary metals was limited to specific shapes. In addition, there is a problem that the conventional meta-material manufacturing method is not universal by using a specific metal that is also limited to the metal used as the binary metal.
또한, 개발된 나노입자는 대략적인 플라즈모닉 특성의 조절은 가능하지만, 조절하는 과정이 복잡하거나 어려운 경우가 대부분이어서 플라즈모닉 특성 조절용이성에 문제점이 있었다. In addition, the developed nanoparticles are able to control the approximate plasmonic properties, but the process is complicated or difficult in most cases, there was a problem in the ease of plasmonic properties control.
본 발명의 목적은 복잡한 합성 방법에 의존하지 않고, 간단하게 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절하는 단순성이다. The object of the present invention is the simplicity of controlling the plasmonic properties of metamaterial structures, without resorting to complex synthetic methods.
또한, 본 발명의 목적은 메타물질 구조체에 적용하기 쉽고, 다양한 금속이 메타물질 구조체에 구성될 수 있는 범용성이다.It is also an object of the present invention to be easy to apply to metamaterial structures, and to be versatile in that various metals can be constructed in the metamaterial structures.
또한, 본 발명의 목적은 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 간단하고 정밀하게 조절할 수 있는 조절용이성이다.In addition, an object of the present invention is the ease of adjustment that can adjust the plasmonic properties of the metamaterial structure simply and precisely.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 명세서는 기판; 기판 상의 나노패턴으로 구성된 제1금속; 제1금속의 외면에서 갈바닉 치환된 제2금속; 제2금속으로 구성된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체를 개시한다.As a means for achieving the above object is a substrate; A first metal composed of a nanopattern on the substrate; A second metal galvanic substituted on the outer surface of the first metal; Disclosed is a metamaterial structure comprising a coating layer composed of a second metal.
본 발명의 각 메타물질 구조체에 있어서, 제1금속 및 제2금속은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 각각 포함하고, 제2금속은 제1금속보다 환원전위가 높은 것이 바람직하다.In each metamaterial structure of the present invention, the first metal and the second metal are silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr) or lead ( Each of at least one metal selected from the group consisting of Pb), and the second metal is preferably a higher reduction potential than the first metal.
본 발명의 각 메타물질 구조체에 있어서, 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것이 바람직하다.In each metamaterial structure of the present invention, the thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more and 200 nm or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체에 있어서, 제1금속과 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것이 바람직하다.In each metamaterial structure of the present invention, the atomic content ratio of the first metal and the substituted second metal is preferably 10: 1 or more and 10: 8 or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체에 있어서, 제3 내지 제n금속이 각각 제2 내지 제n-1금속의 외면에서 갈바닉 치환된 것이 바람직하다. (단, n은 3이상 5이하의 자연수)In each metamaterial structure of the present invention, it is preferable that the third to n-th metals are galvanically substituted on the outer surfaces of the second to n-th metals, respectively. (N is a natural number of 3 to 5)
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 명세서는 (제1단계) 기판을 형성하는 단계; (제2단계) 기판 상에 제1금속을 금속 박막으로 나노패터닝하는 단계; (제3단계) 기판 및 제1금속을, 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입시키는 단계; (제4단계) 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법에 대하여 개시한다.In addition, the present specification as a means for achieving the above object (step 1) forming a substrate; (Second step) nanopatterning the first metal into a metal thin film on a substrate; (Third step) immersing the substrate and the first metal in an aqueous solution containing the second metal; (Fourth step) The meta-material structure manufacturing method comprising a; the outer surface of the first metal is galvanic substituted with the second metal to form a coating layer consisting of the second metal.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제2금속을 포함하는 수용액의 온도가 60℃ 이상 100℃ 이하인 것이 바람직하다.In each of the metamaterial structure production methods of the present invention, the temperature of the aqueous solution containing the second metal is preferably 60 ° C or more and 100 ° C or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것이 바람직하다.In each metamaterial structure manufacturing method of the present invention, the thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more and 200 nm or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 금속 박막의 제1금속과 갈바닉 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것이 바람직하다.In each of the metamaterial structure production methods of the present invention, the atomic content ratio of the first metal and the galvanic substituted second metal of the metal thin film is preferably 10: 1 or more and 10: 8 or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제3 내지 제n금속이 각각 제2 내지 제n-1금속의 외면에서 갈바닉 치환되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. (단, n은 3이상 5이하의 자연수)In each of the meta-material structure manufacturing method of the present invention, it is preferable that the third to n-th metal further comprises a galvanic substitution on the outer surface of the second to n-th metal, respectively. (N is a natural number of 3 to 5)
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 명세서는 (제1단계) 기판을 형성하는 단계; (제2단계) 기판 상에 제1금속을 적어도 하나 이상인 금속 나노입자로 나노패터닝하는 단계; (제3단계) 기판 및 제1금속을, 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입시키는 단계; (제4단계) 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법에 대하여 개시한다.In addition, the present specification as a means for achieving the above object (step 1) forming a substrate; (Second step) nanopatterning the first metal on the substrate with at least one metal nanoparticle; (Third step) immersing the substrate and the first metal in an aqueous solution containing the second metal; (Fourth step) The meta-material structure manufacturing method comprising a; the outer surface of the first metal is galvanic substituted with the second metal to form a coating layer consisting of the second metal.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제2단계 이후에 코팅된 금속 나노입자를 열적으로 소결하여 금속 나노입자 간 커플링시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In each of the metamaterial structure manufacturing method of the present invention, it is preferable to further include the step of thermally sintering the coated metal nanoparticles after the second step to couple between the metal nanoparticles.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제2단계 이후에 코팅된 금속 나노입자를 리간드 치환하여 금속 나노입자 간 커플링시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the method for preparing each metamaterial structure of the present invention, it is preferable to further include coupling the metal nanoparticles by ligand substitution of the coated metal nanoparticles after the second step.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제2금속을 포함하는 수용액의 온도가 60℃ 이상 100℃ 이하인 것이 바람직하다.In each of the metamaterial structure production methods of the present invention, the temperature of the aqueous solution containing the second metal is preferably 60 ° C or more and 100 ° C or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것이 바람직하다.In each metamaterial structure manufacturing method of the present invention, the thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more and 200 nm or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 금속 나노입자의 제1금속과 갈바닉 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것이 바람직하다.In each of the metamaterial structure production methods of the present invention, the atomic content ratio of the first metal and the galvanic substituted second metal of the metal nanoparticles is preferably 10: 1 or more and 10: 8 or less.
본 발명의 각 메타물질 구조체 제조방법에 있어서, 제3 내지 제n금속이 각각 제2 내지 제n-1금속의 외면에서 갈바닉 치환되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. (단, n은 3이상 5이하의 자연수)In each of the meta-material structure manufacturing method of the present invention, it is preferable that the third to n-th metal further comprises a galvanic substitution on the outer surface of the second to n-th metal, respectively. (N is a natural number of 3 to 5)
본 발명은 복잡한 합성 방법에 의존하지 않고, 간단한 갈바닉 치환을 통하여 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절하는 단순성이 특장점이다.The present invention is characterized by the simplicity of controlling the plasmonic properties of metamaterial constructs through simple galvanic substitution without resorting to complex synthetic methods.
또한, 본 발명은 메타물질 구조체의 형상 및 크기에 제한되지 않고 균일한 치환이 가능하며, 음의 유전율을 가진 다양한 금속이 메타물질 구조체에 구성될 수 있는 범용성이 특장점이다.In addition, the present invention is not limited to the shape and size of the metamaterial structure, and can be replaced uniformly, and the general purpose that various metals having a negative dielectric constant can be formed in the metamaterial structure is an advantage.
또한, 본 발명은 갈바닉 치환을 통하여 치환되는 금속에 따라 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 간단하고 정밀하게 조절할 수 있는 조절용이성이 특장점이다.In addition, the present invention is characterized by the ease of adjustment that can easily and precisely control the plasmonic properties of the metamaterial structure according to the metal to be substituted through galvanic substitution.
도 1은 본 발명의 갈바닉 치환을 이용하여 메타물질 구조체를 제작하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 3은 도 2의 기존 금속의 외면을 갈바닉 치환하여 코팅층을 형성한 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 4는 도 3의 메타물질 구조체의 외면을 갈바닉 치환한 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 6은 도 5의 기존 금속의 외면을 갈바닉 치환하여 코팅층을 형성한 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 7은 도 6의 메타물질 구조체의 외면을 갈바닉 치환한 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 제조도이다.
도 9는 본 발명의 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 제조도이다.
도 10은 본 발명 실시예의 치환용액농도, 반응시간에 따른 전체 메타물질 구조체의 원자 대비 치환된 금(Au) 원자 함량비 그래프이다.
도 11은 본 발명 실시예 1의 치환용액농도, 반응시간에 따른 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 유전율 실수부 변화 그래프이다.
도 12는 본 발명 실시예 1의 치환용액농도, 반응시간에 따른 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 유전율 허수부 변화 그래프이다.
도 13은 본 발명 실시예 2의 치환용액농도, 반응시간에 따른 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진 특성 변화 그래프이다.
도 14는 본 발명 실시예 2의 치환용액농도, 반응시간에 따른 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진 특성 변화 그래프이다.
도 15는 본 발명 실시예 2의 단면 TEM 이미지 및 EDX 분석결과이다.
도 16은 본 발명 실시예 3에 따른 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진 특성 변화 그래프이다.1 is a schematic diagram of manufacturing a metamaterial structure using the galvanic substitution of the present invention.
2 is a structural diagram of a metal thin film-based metamaterial structure of the present invention.
FIG. 3 is a structural diagram of a metal thin film-based metamaterial structure in which a coating layer is formed by galvanic replacing an outer surface of an existing metal of FIG. 2.
4 is a structural diagram of a metal thin film-based metamaterial structure in which the outer surface of the metamaterial structure of FIG. 3 is galvanically substituted.
5 is a structural diagram of a metal nanoparticle-based metamaterial structure of the present invention.
FIG. 6 is a structural diagram of a metal nanoparticle-based metamaterial structure in which a coating layer is formed by galvanic replacing an outer surface of an existing metal of FIG. 5.
7 is a structural diagram of a metal nanoparticle-based metamaterial structure in which the outer surface of the metamaterial structure of FIG. 6 is galvanically substituted.
8 is a manufacturing diagram of the metal thin film-based metamaterial structure of the present invention.
9 is a manufacturing diagram of the metal nanoparticle-based metamaterial structure of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a ratio of substituted gold (Au) atoms to atoms of the entire metamaterial structure according to the substitution solution concentration and reaction time of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a change in the dielectric constant part of a metal thin film based metamaterial structure according to the substitution solution concentration and reaction time of Example 1 of the present invention.
12 is a graph showing the change in dielectric constant imaginary part of a metal thin film based metamaterial structure according to the substitution solution concentration and reaction time of Example 1 of the present invention.
FIG. 13 is a graph illustrating changes in plasmonic resonance characteristics of a metal nanoparticle-based metamaterial structure according to a substitution solution concentration and a reaction time of Example 2 of the present invention. FIG.
FIG. 14 is a graph illustrating changes in plasmonic resonance characteristics of metal nanoparticle-based metamaterial structures according to substitution solution concentration and reaction time of Example 2 of the present invention. FIG.
15 is a cross-sectional TEM image and EDX analysis results of Example 2 of the present invention.
16 is a graph showing changes in plasmonic resonance characteristics of the metal nanoparticle-based metamaterial structure according to Example 3 of the present invention.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular examples only. Thus, for example, singular forms include plural forms unless the context clearly indicates that they are to be singular. In addition, the terms "comprise" or "comprise" as used in the present application are used to clearly indicate that there exists a feature, step, function, component, or a combination thereof described in the specification, and other features. It should be noted that it is not intended to preliminarily exclude the presence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.On the other hand, unless defined otherwise, all terms used herein are to have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, unless specifically defined herein, a particular term should not be construed in an excessively ideal or formal sense.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. In addition, the terms "about", "substantially", and the like herein, are used at or near the numerical values when the manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned are given, and are accurate for the understanding of the present invention. Or absolute figures are used to prevent unfair use of unscrupulous infringers.
또한, 본 명세서의 제1금속의 '제1'은 제2금속과 구분하기 위하여 부가한 것으로 명세서 기재 전체의 맥락에서 통상의 기술자가 명확하게 이해할 수 있는 범위에서 해석되어야 하지, 명세서 기재 이외의 내용으로 다르게 해석되지 않는다. In addition, the "first" of the first metal of the present specification is added to distinguish from the second metal and should be interpreted to the extent that a person skilled in the art can clearly understand in the context of the entire specification. It is not interpreted otherwise.
또한, 본 명세서의 "기존 메타물질 구조체"는 제1금속과 기판을 포함하는 메타물질 구조체로 해석될 수 있다.In addition, the "existing metamaterial structure" of the present specification may be interpreted as a metamaterial structure including a first metal and a substrate.
또한, 본 명세서의 "금속 박막 기반 메타물질 구조체"는 제1금속이 금속 박막의 형태로 증착된 메타물질 구조체로 해석될 수 있다. 또, 명세서 기재 전체의 맥락에서 통상의 기술자가 명확하게 이해할 수 있는 범위에서 확대해석 될 수 있다. In addition, the "metal thin film-based metamaterial structure" of the present specification may be interpreted as a metamaterial structure in which a first metal is deposited in the form of a metal thin film. In addition, in the context of the entire description, it can be extended to the extent that a person skilled in the art can clearly understand.
또한, 본 명세서의 "금속 나노입자 기반 메타물질 구조체"는 제1금속이 금속 나노입자의 형태로 코팅된 메타물질 구조체로 해석될 수 있다. 또, 명세서 기재 전체의 맥락에서 통상의 기술자가 명확하게 이해할 수 있는 범위에서 확대해석 될 수 있다. In addition, the "metal nanoparticle-based metamaterial structure" of the present specification may be interpreted as a metamaterial structure in which the first metal is coated in the form of metal nanoparticles. In addition, in the context of the entire description, it can be extended to the extent that a person skilled in the art can clearly understand.
또한, 본 명세서의 "치환용액"은 갈바닉 치환되는 금속을 포함한 용액으로 해석될 수 있으며, 명세서 기재 전체의 맥락에서 통상의 기술자가 명확하게 이해할 수 있는 범위에서 확대해석 될 수 있다.In addition, the "substitution solution" of the present specification may be interpreted as a solution containing a galvanic substituted metal, and may be broadly interpreted in a range clearly understood by those skilled in the art in the context of the entire specification.
이하 본 발명의 과제해결수단에 대해 구체적으로 상술한다. Hereinafter, the problem solving means of the present invention will be described in detail.
<본 발명의 <Of the present invention 메타물질Metamaterial 구조체> Structure>
본 발명의 메타물질 구조체는 기판; 기판 상의 나노패턴으로 구성된 제1금속; 제1금속의 외면에서 갈바닉 치환된 제2금속; 및 제2금속으로 구성된 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 본 발명의 메타물질 구조체를 구성하는 각 구성요소에 대하여 상세히 서술한다. Metamaterial structure of the present invention is a substrate; A first metal composed of a nanopattern on the substrate; A second metal galvanic substituted on the outer surface of the first metal; And a coating layer composed of a second metal. Hereinafter, each component constituting the metamaterial structure of the present invention will be described in detail.
본 발명의 메타물질 구조체는 기판 위에 제1금속이 증착 또는 코팅되면서 형성된다. 기판은 제1금속이 마이크로 또는 나노 패턴으로 기판 위에 증착 또는 코팅될 수 있으면 되고, 기판의 재질이나 형상에 특별히 제한되지 않는다. 기판은 투명한 재질일 수 있다. 예를 들어, 기판은 실리콘(Si), 유리, 또는 투명 고분자를 포함할 수 있다.The metamaterial structure of the present invention is formed by depositing or coating a first metal on a substrate. The substrate only needs to be capable of depositing or coating the first metal on the substrate in a micro or nano pattern, and is not particularly limited in material or shape of the substrate. The substrate may be a transparent material. For example, the substrate may comprise silicon (Si), glass, or transparent polymer.
제1금속First metal
본 명세서의 제1금속은 기판 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1금속은 기판 상에 규칙적인 마이크로 또는 나노 패턴으로 배치될 수 있고, 제1금속을 배치하는 방법에는 특별한 제한이 없다. 또한, 제1금속이 배치된 형상, 그 크기에 대해서도 특별한 제한이 없다. 제1금속은 플라즈모닉 특성을 구현하는 음의 유전율을 가진 금속일 수 있고, 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 납(Pb), 구리(Cu), 백금(Pt)을 들 수 있다. The first metal of the present specification may be disposed on a substrate. In addition, the first metal may be disposed in a regular micro or nano pattern on the substrate, and there is no particular limitation on the method of disposing the first metal. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the shape in which the 1st metal is arrange | positioned, and the magnitude | size. The first metal may be a metal having a negative dielectric constant for implementing plasmonic properties, and preferably, gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), or lead ( Pb), copper (Cu), and platinum (Pt) are mentioned.
제1금속은 기판 상에 규칙적인 마이크로 또는 나노 패턴으로 배치될 수 있다. 제1금속은 이차원적으로 배치될 수 있고, 배치된 제1금속들은 기판의 상부면에 평행한 방향으로 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)만큼 서로 이격될 수 있다. 바람직하게는, 배열된 제1금속들은 등간격으로 이격될 수 있다. The first metal may be disposed in a regular micro or nano pattern on the substrate. The first metal may be disposed two-dimensionally, and the disposed first metals may be spaced apart from each other by several nanometers (nm) to several hundred micrometers (μm) in a direction parallel to the upper surface of the substrate. Preferably, the arranged first metals may be spaced at equal intervals.
또한, 제1금속을 배치하는 방법은 e-beam evaporator, sputter 등으로 기판 위에 제1금속을 증착하는 방식으로 이루어질 수 있고, 다른 배치방법은 나노입자의 형태인 제1금속을 기판 위에 짧은 리간드로 연결하는 방식으로 이루어질 수 있다. 제1금속을 기판위에 증착하는 경우에는 금속 박막 기반 메타물질 구조체를 형성할 수 있고, 제1금속을 기판 위에 짧은 리간드로 연결하는 경우에는 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체를 형성할 수 있다.In addition, a method of disposing a first metal may be performed by depositing a first metal on a substrate using an e-beam evaporator, sputter, or the like. Another method of disposing a first metal may be a short ligand on a substrate. It can be done by connecting. When the first metal is deposited on the substrate, the metal thin film-based metamaterial structure may be formed, and when the first metal is connected with the short ligand on the substrate, the metal nanoparticle-based metamaterial structure may be formed.
또한, 제1금속은 형상이나 그 크기에 제한이 없으며, 본 명세서의 일 예로서 개시되고 있는 원기둥 형상 이외에도 원뿔, 구, 와이어 형태 등 다양한 형상이 될 수 있다. 본 명세서의 일 예로서 개시되는 원기둥의 경우 제1금속의 지름은 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 기판의 상부면으로부터 수직한 방향에 따른 제1금속의 높이는 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 이외의 다른 형상에 있어서도, 기판의 상부면으로부터 수평한 방향에 따른 제1금속의 길이, 너비, 지름 등이 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 또한, 기판의 상부면으로부터 수직한 방향에 따른 제1금속의 높이가 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다.In addition, the first metal is not limited in shape or size, and may be in various shapes such as cone, sphere, and wire in addition to the cylindrical shape disclosed as an example of the present specification. In the case of the cylinder disclosed as an example of the present specification, the diameter of the first metal may be several nanometers (nm) to several hundred micrometers (μm). The height of the first metal in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate may be several nanometers (nm) to several hundred micrometers (μm). Also in other shapes, the length, width, diameter, etc. of the first metal in the horizontal direction from the upper surface of the substrate may be several nanometers (nm) to several hundred micrometers (μm). In addition, the height of the first metal in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate may be several nanometers (nm) to several hundred micrometers (μm).
제1금속은 기판 상에 배치되어 메타물질 구조체를 형성할 수 있다. 또한, 메타물질 구조체의 제1금속 외면을 제2금속으로 치환할 수 있다. 바람직하게는, 제2금속이 포함된 수용액에 메타물질 구조체가 잠입되어 갈바닉 치환할 수 있다. The first metal may be disposed on the substrate to form the metamaterial structure. In addition, the first metal outer surface of the metamaterial structure may be replaced with a second metal. Preferably, the metamaterial structure is immersed in the aqueous solution containing the second metal to replace the galvanic.
제2금속Second metal
본 명세서의 제2금속은 제1금속과 기판으로 이루어진 기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면과 치환된 금속이다. 제1금속을 제2금속으로 치환함으로써 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 예로서, 기존 메타물질 구조체를 제2금속이 포함된 수용액에 잠입시켜 갈바닉 치환할 수 있다.The second metal of the present specification is a metal substituted with the outer surface of the first metal of the existing metamaterial structure consisting of the first metal and the substrate. By replacing the first metal with the second metal it is possible to control the plasmonic properties of the existing meta-material structure. As an example of the present invention, the existing metamaterial structure may be immersed in an aqueous solution containing a second metal to be galvanic substituted.
기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면에서 치환되는 제2금속은 플라즈모닉 특성을 구현하는 음의 유전율을 가진 금속일 수 있고, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 납(Pb), 구리(Cu), 백금(Pt) 등이 될 수 있다. 제2금속은 바람직하게는, 제1금속보다 환원전위가 높은 금속으로 제1금속과 갈바닉 치환될 수 있고, 후술하는 예시에 한정하여 해석되지 않는다. 가령, 제1금속이 알루미늄(Al)일 경우 제2금속은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 크롬(Cr)일 경우 제2금속은 니켈(Ni), 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 니켈(Ni)일 경우 제2금속은 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 납(Pb)일 경우 제2금속은 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 구리(Cu)일 경우 제2금속은 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 은(Ag)일 경우 제2금속은 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. 가령, 제1금속이 백금(Pt)일 경우 제2금속은 금(Au)이 될 수 있다.The second metal, which is substituted on the outer surface of the first metal of the existing metamaterial structure, may be a metal having a negative dielectric constant for plasmonic properties, and may include gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), and nickel (Ni). ), Chromium (Cr), lead (Pb), copper (Cu), platinum (Pt) and the like. Preferably, the second metal may be galvanically substituted with the first metal by a metal having a higher reduction potential than the first metal, and is not limited to the examples described below. For example, when the first metal is aluminum (Al), the second metal is chromium (Cr), nickel (Ni), lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au) This can be For example, when the first metal is chromium (Cr), the second metal may be nickel (Ni), lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au). For example, when the first metal is nickel (Ni), the second metal may be lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au). For example, when the first metal is lead (Pb), the second metal may be copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), and gold (Au). For example, when the first metal is copper (Cu), the second metal may be silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au). For example, when the first metal is silver (Ag), the second metal may be platinum (Pt) or gold (Au). For example, when the first metal is platinum (Pt), the second metal may be gold (Au).
또한, 제2금속은 더 바람직하게는, 제1금속과 격자구조가 같은 금속을 들 수 있다. 제2금속은 제1금속과 같은 격자구조를 가짐으로써 갈바닉 치환이 더 잘 일어나게 된다. 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 납(Pb), 구리(Cu), 백금(Pt)은 면심입방구조(Face Centered Cubic structure, FCC구조)를 가진다. Further, the second metal is more preferably a metal having the same lattice structure as the first metal. The second metal has the same lattice structure as the first metal, so that galvanic substitution occurs better. Gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), lead (Pb), copper (Cu), and platinum (Pt) have a face centered cubic structure (FCC structure).
가령, 제1금속이 알루미늄(Al)일 경우 제2금속은 니켈(Ni), 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. For example, when the first metal is aluminum (Al), the second metal may be nickel (Ni), lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au).
가령, 제1금속이 니켈(Ni)일 경우 제2금속은 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. For example, when the first metal is nickel (Ni), the second metal may be lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au).
가령, 제1금속이 납(Pb)일 경우 제2금속은 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. For example, when the first metal is lead (Pb), the second metal may be copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), and gold (Au).
가령, 제1금속이 구리(Cu)일 경우 제2금속은 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. For example, when the first metal is copper (Cu), the second metal may be silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au).
가령, 제1금속이 은(Ag)일 경우 제2금속은 백금(Pt), 금(Au)이 될 수 있다. For example, when the first metal is silver (Ag), the second metal may be platinum (Pt) or gold (Au).
가령, 제1금속이 백금(Pt)일 경우 제2금속은 금(Au)이 될 수 있다.For example, when the first metal is platinum (Pt), the second metal may be gold (Au).
본 발명의 제2금속은 제1금속과 치환됨으로써 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 금(Au)으로 치환하는 경우, 메타물질 구조체의 금(Au) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 장파장쪽으로 이동하게 된다. 또한, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 백금(Pt)으로 치환하는 경우에는, 메타물질 구조체의 백금(Pt) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 단파장쪽으로 이동하게 된다. 본 발명의 메타물질 구조체는 치환되는 제2금속에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다.The second metal of the present invention can be controlled by the plasmonic properties of the existing meta-material structure by being substituted with the first metal. For example, when silver (Ag) is replaced with gold (Au) as an example of the present invention, when the gold (Au) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the longer wavelength. In addition, when silver (Ag) is substituted with platinum (Pt) as an example of the present invention, when the platinum (Pt) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the shorter wavelength. Metamaterial structure of the present invention can adjust the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to the second metal to be substituted.
본 발명의 제2금속은 기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면에서 제1금속과 치환된 금속이다. 바람직하게는, 제2금속이 포함된 용액에 메타물질 구조체가 잠입되어 갈바닉 치환할 수 있다. 더 바람직하게는, 제2금속에 포함된 수용액에 잠입될 수 있고, 수용액의 온도는 60℃이상 100℃이하를 들 수 있다. 60℃이하에서는, 제2금속이 제1금속의 외면에서 균일하게 치환되지 않는다. 100℃이상에서는 제2금속을 포함하는 수용액이 끓어 갈바닉 치환이 제한된다. 보다 더 바람직하게는, 수용액의 온도는 70℃이상 90℃이하를 들 수 있다. 70℃이상에서는, 치환되는 제2금속이 기존 메타물질 구조체의 내부로 확산하여 제1금속의 외면에서 제2금속이 균일하게 치환된다. 90℃이상에서는 제2금속을 포함하는 수용액에 기포가 생겨 갈바닉 치환이 제한된다. 가장 바람직하게는, 수용액의 온도는 80℃를 들 수 있다. 80℃에서는, 치환되는 제2금속이 기존 메타물질 구조체의 내부로 확산하여 제1금속의 외면에서 제2금속이 균일하게 치환되고, 제2금속을 포함하는 수용액에 기포가 생기지 않아 갈바닉 치환이 잘 이루어진다.The second metal of the present invention is a metal substituted with the first metal on the outer surface of the first metal of the existing metamaterial structure. Preferably, the metamaterial structure is immersed in the solution containing the second metal to replace the galvanic. More preferably, it may be immersed in the aqueous solution contained in the second metal, the temperature of the aqueous solution may be 60 ℃ or more and 100 ℃ or less. Below 60 ° C., the second metal is not uniformly substituted on the outer surface of the first metal. Above 100 ° C., the aqueous solution containing the second metal boils and the galvanic substitution is limited. Even more preferably, the temperature of the aqueous solution may be 70 ° C or more and 90 ° C or less. Above 70 ° C., the second metal to be substituted diffuses into the existing metamaterial structure so that the second metal is uniformly substituted on the outer surface of the first metal. Above 90 ° C, bubbles are generated in the aqueous solution containing the second metal, so that the galvanic substitution is limited. Most preferably, the temperature of aqueous solution is 80 degreeC. At 80 ° C., the second metal to be substituted diffuses into the existing metamaterial structure so that the second metal is uniformly substituted on the outer surface of the first metal, and bubbles are not generated in the aqueous solution containing the second metal, so the galvanic substitution is well performed. Is done.
본 발명의 제1금속, 제2금속은 플라즈모닉 특성을 구현할 수 있는 음의 유전율을 가진 금속으로 앞서 열거한 예시에 한정하여 해석되지 않는다. 따라서, 제1금속과 제2금속은 음의 유전율을 가진 다양한 금속으로 해석될 수 있다. 본 발명은 음의 유전율을 가진 다양한 금속을 제1금속, 제2금속으로 활용할 수 있는 장점을 갖는다.The first metal and the second metal of the present invention are not limited to the examples listed above as metals having a negative dielectric constant capable of realizing plasmonic properties. Therefore, the first metal and the second metal may be interpreted as various metals having negative permittivity. The present invention has the advantage that it can utilize a variety of metal having a negative dielectric constant as the first metal, the second metal.
한편, 제1금속의 외면에서 제2금속으로 치환된 결과, 제2금속으로 구성된 코팅층이 형성될 수 있다. 본 발명에서의 코팅층은 플라즈모닉 특성을 조절하는 구성에 해당한다.On the other hand, as a result of the substitution of the second metal on the outer surface of the first metal, a coating layer consisting of the second metal can be formed. Coating layer in the present invention corresponds to the configuration to control the plasmonic properties.
코팅층Coating layer
본 발명의 제1금속 외면이 제2금속으로 치환된 결과, 제2금속을 포함하는 코팅층을 형성할 수 있다. 기존 메타물질 구조체에 코팅층을 더하면, 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 본 발명의 메타물질 구조체는 간단한 용액공정을 통하여 코팅층을 형성하고, 형성된 코팅층으로 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있는 특장점을 갖는다.As a result of replacing the first metal outer surface of the present invention with the second metal, a coating layer including the second metal may be formed. Adding the coating layer to the existing metamaterial structure, it is possible to control the plasmonic properties of the existing metamaterial structure. The metamaterial structure of the present invention has a feature of forming a coating layer through a simple solution process and controlling the plasmonic properties of the existing metamaterial structure with the formed coating layer.
이하에서는 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 제공되는 것으로서, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상이 반드시 이하의 설명에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail. However, the present invention is provided to be easily implemented by those skilled in the art, and the present invention can be embodied in many different forms, and the spirit of the present invention is necessarily limited to the following description. It is not.
도 1은 본 발명의 메타물질 구조체를 형성하는 과정의 간략도이다. 화살표 기준 왼쪽 그림, 오른쪽 그림은 각각 기판(10)과 제1금속으로 이루어진 기존 메타물질 구조체(20), 제2금속이 포함된 용액(40)에 기존 메타물질 구조체(20)를 잠입시켜 기존 메타물질 구조체(20)의 제1금속 외면을 제2금속으로 갈바닉 치환한 메타물질 구조체(30)이다. 1 is a simplified diagram of a process for forming a metamaterial structure of the present invention. The left figure and the right figure based on the arrow show the existing
도 2는 금속 박막 기반 메타물질 구조체(200)이다. 기판(10) 상에 제1금속이 박막의 형태로 증착된 메타물질 구조체(200)이다. 도 2의 왼쪽, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체(200)의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 제1금속의 외면을 제2금속(300)으로 치환한 메타물질 구조체이다. 제2금속(300)은 도 3과 같이 제1금속의 외면에서 코팅층을 형성할 수 있다. 도 3의 왼쪽, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 도 4에서는 도 3의 메타물질 구조체에서 갈바닉 치환을 하여, 제1금속, 제2금속(300)의 외면에서 각각 제2금속(300), 제3금속(310)으로 이중 치환된 메타물질 구조체이다. 도 4의 왼쪽, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 제2금속(300)이 제1금속보다 환원전위가 높으며, 도 4에서 치환된 금속인 제3금속(310)은 제2금속(300)보다 환원전위가 높다. 2 is a metal thin film based
도 5는 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체(400)이다. 기판(10) 상에 제1금속이 나노입자(500)의 형태로 코팅된 메타물질 구조체(400)이다. 도 5의 왼쪽 그림, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체(400)의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 도 6은 도 5의 제1금속(500)의 외면을 제2금속(300)으로 치환한 메타물질 구조체이다. 제2금속(300)은 도 6과 같이 제1금속(500)의 외면에서 코팅층을 형성할 수 있다. 도 6의 왼쪽 그림, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 도 7에서는 도 6의 메타물질 구조체에서 갈바닉 치환을 하여, 제1금속(500), 제2금속(300)의 외면에서 각각 제2금속(300), 제3금속(310)으로 이중 치환된 메타물질 구조체이다. 도 7의 왼쪽 그림, 오른쪽 그림은 각각 상기 메타물질 구조체의 상단면도, 측단면도를 나타낸다. 제2금속(300)이 제1금속(500)보다 환원전위가 높으며, 도 7에서 치환된 금속인 제3금속(310)은 제2금속(300)보다 환원전위가 높다. 5 is a metal nanoparticle based
본 발명의 코팅층은 기존 메타물질 구조체에 더하여 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다.The coating layer of the present invention can control the plasmonic properties in addition to the existing meta-material structure.
바람직하게는, 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것을 들 수 있다. 두께가 1nm 이하인 경우에서는 코팅층이 너무 얇아 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성에 변화가 없고, 두께가 200nm 이상인 경우에서는 코팅층이 너무 두꺼워 제1금속의 플라즈모닉 특성이 메타물질 구조체의 외부로 구현될 수 없다. Preferably, the thickness of a coating layer is 1 nm or more and 200 nm or less. If the thickness is less than 1nm, the coating layer is too thin so there is no change in the plasmonic properties of the existing metamaterial structure. If the thickness is 200nm or more, the coating layer is too thick so that the plasmonic properties of the first metal can be realized outside the metamaterial structure. none.
더 바람직하게는, 코팅층은 기존 메타물질 구조체의 제1금속과 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하일 때 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 10:1 이하에서는 치환된 금속이 너무 적어 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성에 변화가 없고, 10:8 이상인 경우에는 치환된 금속이 너무 많아 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 잃어버리고, 치환된 금속의 플라즈모닉 특성이 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성이 된다. More preferably, the coating layer may adjust the plasmonic properties when the atomic content ratio of the first metal and the substituted second metal of the existing metamaterial structure is 10: 1 or more and 10: 8 or less. At less than 10: 1, there is no change in the plasmonic properties of the existing metamaterial structures because there are too few substituted metals. If at 10: 8 or more, there are too many substituted metals to lose the plasmonic properties of the existing metamaterial structures. The plasmonic properties of the metal become the plasmonic properties of the metamaterial structure.
본 발명의 코팅층의 두께 및 원자함량비는 갈바닉 치환에 따라 결정되며, 치환용액의 농도, 반응시간 등을 조절하여 갈바닉 치환의 정도를 조절할 수 있다. 원자함량비는 치환용액의 농도, 반응시간에 따라 지수함수적으로 증가하게되고, 치환용액의 농도, 반응시간이 증가할수록 증가폭이 감소하는 양상을 띤다. The thickness and atomic content ratio of the coating layer of the present invention is determined according to the galvanic substitution, and the degree of galvanic substitution may be controlled by adjusting the concentration of the substitution solution, the reaction time, and the like. The atomic content ratio increases exponentially with the concentration of the substitution solution and the reaction time, and decreases as the concentration of the substitution solution and the reaction time increase.
도 4와 도 7의 이중 치환된 메타물질 구조체의 경우뿐만 아니라 본 발명에서의 갈바닉 치환은 두 번 이상 치환될 수 있으며, 제3 내지 제n금속이 각각 제2 내지 제n-1금속의 외면에서 갈바닉 치환될 수 있다. (단, n은 3이상의 자연수이다.) n은 바람직하게는 3이상 5이하의 자연수를 들 수 있다. n이 3이상인 경우 갈바닉 치환을 두 번 이상 실시하여 코팅층을 둘 이상의 복수층으로 구성할 수 있어, 보다 플라즈모닉 특성을 정밀하게 조절할 수 있게 된다. 반면, n이 5이상인 경우에는 기존 메타물질 구조체의 형상에서 형성될 수 있는 코팅층의 두께는 한정적이므로 물리적인 한계가 있어 갈바닉 치환이 비효율적으로 일어나게 된다.Galvanic substitution in the present invention as well as in the case of the double-substituted metamaterial structures of FIGS. 4 and 7 may be substituted two or more times, wherein the third to nth metals are respectively on the outer surface of the second to n-1 metals. Galvanic substitution may be made. (N is a natural number of 3 or more.) Preferably, n is a natural number of 3 or more and 5 or less. When n is 3 or more, the galvanic substitution may be performed two or more times, so that the coating layer may be composed of two or more plural layers, thereby enabling more precise control of the plasmonic properties. On the other hand, when n is 5 or more, the thickness of the coating layer that can be formed in the shape of the existing metamaterial structure is limited, so there is a physical limit, so that the galvanic substitution occurs inefficiently.
상술한 바와 같이 갈바닉 치환을 두 번 이상 실시함으로써 코팅층을 둘 이상의 복수층으로 구성할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 백금(Pt)으로 치환하고 이후 백금(Pt)을 금(Au)으로 치환하는 경우, 백금(Pt)의 치환으로 메타물질 구조체의 백금(Pt) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 단파장쪽으로 이동하게 되고, 금(Au)이 치환된 후에는 메타물질 구조체의 금(Au) 함량이 증가하면서 플라즈모닉 공진특성이 장파장쪽으로 이동하게 된다. 상술한 예와 같이, 하나의 코팅층보다 둘 이상의 복수개 코팅층을 형성하는 경우 적절히 조합하여 플라즈모닉 특성을 보다 정밀하게 조절할 수 있게 된다.As described above, the coating layer may be composed of two or more layers by performing galvanic substitution two or more times. For example, when silver (Ag) is replaced with platinum (Pt) and then platinum (Pt) is replaced with gold (Au) as an example of the present invention, platinum (Pt) of the metamaterial structure is substituted by platinum (Pt). As the content is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the shorter wavelength. After gold (Au) is substituted, the plasmonic resonance characteristic is shifted to the longer wavelength as the gold (Au) content of the metamaterial structure is increased. As in the above-described example, when forming two or more coating layers than one coating layer, it is possible to adjust the plasmonic properties more precisely by combining them properly.
결합양상 및 특유효과Combination Aspects and Specific Effects
본 발명의 코팅층은 기존 메타물질 구조체를 치환용액에 잠입한 결과, 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환된 제2금속으로 구성된다. 코팅층은 그 두께 및 원자함량비에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있고, 단일 치환뿐 아니라, 이중, 다중 치환을 통해서 두 개의 층 이상으로 구성될 수 있다. The coating layer of the present invention consists of a second metal in which the outer surface of the first metal is galvanically substituted with the second metal as a result of infiltrating the existing meta-material structure in the substitution solution. The coating layer may adjust the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to its thickness and atomic content ratio, and may be composed of two or more layers through double and multiple substitutions as well as a single substitution.
또한, 코팅층의 두께, 원자함량비는 갈바닉 치환에 따라 결정되며, 치환용액의 농도, 반응시간 등을 조절하여 갈바닉 치환의 정도를 조절할 수 있다. 원자함량비는 치환용액의 농도, 반응시간에 따라 지수함수적으로 증가하게 되고, 치환용액의 농도, 반응시간이 증가할수록 증가폭이 감소하는 양상을 띤다. 본 발명의 특장점은 기존 메타물질 구조체가 치환용액에 잠입되어 형성되고, 치환용액의 농도, 반응시간을 조절하여 간단하게 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있는 단순성이다.In addition, the thickness of the coating layer, the atomic content ratio is determined according to the galvanic substitution, it is possible to control the degree of galvanic substitution by adjusting the concentration of the substitution solution, the reaction time. The atomic content ratio increases exponentially with the concentration of the substitution solution and the reaction time, and the increase decreases as the concentration of the substitution solution and the reaction time increase. An advantage of the present invention is the simplicity of the existing meta-material structure formed by infiltrating the substitution solution, and simply controlling the plasmonic properties of the meta-material structure by adjusting the concentration and reaction time of the substitution solution.
제2금속은 기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면과 갈바닉 치환된 금속이다. 바람직하게는, 제2금속이 포함된 치환용액에 기존 메타물질 구조체가 잠입되어 제1금속을 제2금속으로 갈바닉 치환할 수 있다. 본 발명의 메타물질 구조체는 제2금속이 치환용액에 노출되는 제1금속의 외면에서부터 치환되기 때문에 기존 메타물질 구조체의 형상 및 크기에 제한되지 않고 균일한 치환이 가능하다. 또한, 본 발명의 제1금속, 제2금속은 플라즈모닉 특성을 구현할 수 있는 음의 유전율을 가진 금속이면 충분하고, 앞서 열거한 예시에 한정하여 해석되지 않는다. 따라서, 제1금속과 제2금속은 음의 유전율을 가진 다양한 금속으로 해석될 수 있다. 본 발명 제조방법의 특장점은 기존 메타물질 구조체의 형상 및 크기에 제한되지 않고 균일한 치환이 가능하며, 음의 유전율을 가진 다양한 금속에 적용할 수 있는 범용성이다.The second metal is a galvanic substituted metal with the first metal outer surface of the existing metamaterial structure. Preferably, the existing meta-material structure is immersed in the substitution solution containing the second metal so that the first metal may be galvanically substituted with the second metal. Since the metamaterial structure of the present invention is substituted from the outer surface of the first metal exposed to the substitution solution, the metamaterial structure is not limited to the shape and size of the existing metamaterial structure, and thus uniform substitution is possible. In addition, the first metal and the second metal of the present invention may be a metal having a negative dielectric constant capable of realizing plasmonic properties, and are not limited to the examples listed above. Therefore, the first metal and the second metal may be interpreted as various metals having negative permittivity. Advantages of the manufacturing method of the present invention is not limited to the shape and size of the existing meta-material structure, and can be replaced uniformly, and can be applied to various metals having a negative dielectric constant.
제1금속과 기판으로 이루어진 기존 메타물질 구조체는 플라즈모닉 특성을 구현할 수 있는 최소의 요건을 갖춘 메타물질 구조체에 해당한다. 본 발명의 메타물질 구조체는 기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면을 다른 금속과 치환하여 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 금(Au)으로 치환하는 경우, 메타물질 구조체의 금(Au) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 장파장쪽으로 이동하게 된다. 또한, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 백금(Pt)으로 치환하는 경우에는, 메타물질 구조체의 백금(Pt) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 단파장쪽으로 이동하게 된다. 본 발명의 특장점은 치환되는 금속에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있는 조절용이성이다.The existing metamaterial structure consisting of the first metal and the substrate corresponds to the metamaterial structure having the minimum requirements for realizing plasmonic properties. The metamaterial structure of the present invention may control the plasmonic properties by replacing the first metal outer surface of the existing metamaterial structure with another metal. For example, when silver (Ag) is replaced with gold (Au) as an example of the present invention, when the gold (Au) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the longer wavelength. In addition, when silver (Ag) is substituted with platinum (Pt) as an example of the present invention, when the platinum (Pt) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the shorter wavelength. An advantage of the present invention is the controllability of controlling the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to the metal to be substituted.
<본 발명의 메타물질 구조체 제조방법><Method for producing meta-material structure of the present invention>
도 8은 본 발명의 금속 박막 기반 메타물질 구조체의 제조도이다. 본 발명의 금속 박막 기반 메타물질 구조체는 기판을 형성하는 단계, 다음으로 기판 상에 제1금속을 금속 박막으로 나노패터닝하는 단계, 다음으로 기판 및 제1금속을 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입하는 단계, 다음으로 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계를 거쳐서 제조된다.8 is a manufacturing diagram of the metal thin film-based metamaterial structure of the present invention. The metal thin film-based metamaterial structure of the present invention comprises the steps of forming a substrate, followed by nanopatterning a first metal into a thin metal film on the substrate, and then submerging the substrate and the first metal in an aqueous solution containing a second metal. Next, the outer surface of the first metal is galvanically substituted with the second metal to form a coating layer formed of the second metal.
도 9는 본 발명의 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 제조도이다. 본 발명의 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체는 기판을 형성하는 단계, 다음으로 기판 상에 제1금속을 적어도 하나 이상인 금속 나노입자로 나노패터닝하는 단계, 다음으로 기판 및 제1금속을 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입하는 단계, 다음으로 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계를 거쳐서 제조된다.9 is a manufacturing diagram of the metal nanoparticle-based metamaterial structure of the present invention. The metal nanoparticle-based metamaterial structure of the present invention comprises the steps of forming a substrate, followed by nanopatterning the first metal on the substrate with at least one metal nanoparticle, followed by the substrate and the first metal as the second metal. Submerged in an aqueous solution containing, and then the outer surface of the first metal is galvanic substituted with the second metal to be prepared through the step of forming a coating layer composed of the second metal.
즉, 본 발명의 메타물질 구조체 제조방법은 기판을 형성하는 단계; 기판 상에 제1금속을 나노패터닝하는 단계; 기판 및 제1금속을 제2금속을 포함하는 용액에 잠입하는 단계; 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 각 단계별로 상세히 설명한다. That is, the method of manufacturing a metamaterial structure of the present invention comprises the steps of forming a substrate; Nanopatterning the first metal on the substrate; Immersing the substrate and the first metal in a solution comprising the second metal; And an outer surface of the first metal to be galvanically substituted with the second metal to form a coating layer composed of the second metal. Hereinafter, each step will be described in detail.
기판을 형성하는 단계Forming a substrate
본 발명에서의 기판은 제1금속이 나노패터닝 되고, 패터닝된 제1금속과 함께 제2금속을 포함하는 용액에 잠입된다. 제1금속이 나노패턴으로 패터닝된 상태를 유지하기 위하여 기판은 제1금속과 반응하지 않으면서도, 제2금속이 포함된 용액과 반응하지 않으면 되고, 다르게 한정하여 해석되지 않는다. 기판의 일 예로서 바람직하게는, 유리 기판, 투명 고분자 기반의 기판을 들 수 있다.In the present invention, the first metal is nanopatterned and immersed in a solution including the second metal together with the patterned first metal. In order to maintain the patterned state of the first metal in the nanopattern, the substrate does not react with the solution containing the second metal without reacting with the first metal, and is not limited thereto. As an example of the substrate, preferably, a glass substrate, a substrate based on a transparent polymer, may be mentioned.
기판 상에 제1금속을 나노패터닝하는 단계Nanopatterning the first metal on the substrate
본 발명에서의 제1금속을 나노패터닝하는 단계는 제1금속을 나노패턴으로 기판 상에 패터닝하면 충분하고, 다르게 한정하여 해석되지 않는다. 이하에서는, 제1금속을 나노패턴으로 기판 상에 패터닝하는 나노패터닝 기술에 대하여 설명한다. 이하에서 설명하는 나노패터닝 기술은 본 발명의 예시일 뿐 본 발명은 이하의 설명에 한정되어 해석되지 않는다.Nano-patterning the first metal in the present invention is sufficient to pattern the first metal on the substrate in a nano-pattern, and not limited to other limitations. Hereinafter, a nanopatterning technique for patterning a first metal on a substrate with a nanopattern will be described. The nanopatterning technique described below is merely illustrative of the present invention and the present invention is not limited to the following description.
패터닝 하는 방법은 예를 들어, 전자빔 리소그래피(E-beam lithography, Electron-beam lithography), 나노 임프린트(nano imprint)등을 들 수 있다. Patterning methods include, for example, electron beam lithography (E-beam lithography), nano imprint (nano imprint), and the like.
가령, 나노임프린트는 예를 들어, 하드 리소그래피(Hard lithography), 소프트 리소그래피(Soft lithography) 등을 들 수 있다. For example, nanoimprints may include, for example, hard lithography, soft lithography, and the like.
가령, 하드 리소그래피는 예를 들어, 가열식 임프린팅(thermal imprint 또한 Hot embossing)과 UV 임프린팅 등을 들 수 있다. For example, hard lithography may include, for example, thermal imprinting (hot embossing) and UV imprinting.
가령, 소프트 리소그래피는 예를 들어, 미세접촉프린팅(μCP), decal transfer 미세전사법(decal transfer microlithography, DTM), 광 스탬프(light stamp) 등의 프린팅과 레플리카 몰딩(replica molding), 모세관 힘 리소그래피(capillary force lithography) 모세관-미세몰딩(micromolding in capillaries, MIMIC), 미세전사몰딩(microtransfer molding, μTM), 나노 임프린팅(nanoimprinting), 액체중재전사몰딩(liquid-bridgemediated nanotransfer molding, LB- nTM)등을 들 수 있다.Soft lithography, for example, may include, for example, microcontact printing (μCP), decal transfer microlithography (DTM), printing of light stamps, and the like, replica molding, capillary force lithography ( capillary force lithography, micromolding in capillaries (MIMIC), microtransfer molding (μTM), nanoimprinting, liquid-bridgemediated nanotransfer molding (LB-nTM), etc. Can be mentioned.
또한, 제1금속이 금속 박막의 형태로 증착하는 방법 또는 금속 나노입자의 형태로 코팅하는 방법에 대해서도 나노패턴으로 어레이 되면 충분하고, 다르게 한정하여 해석되지 않는다. In addition, a method in which the first metal is deposited in the form of a metal thin film or the method of coating in the form of metal nanoparticles may be sufficient as an array of nanopatterns, and is not limited thereto.
가령, 증착하는 방법의 경우는 예를 들어, 화학적 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리적 증기 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 들 수 있다. 가령, 화학적 증기 증착법은 예를 들어, 기압 화학적 증기 증착법(APCVD), 저압 화학적 증기 증착법(LPCVD), 플라즈마 화학적 증기 증착법(PECVD) 등을 들 수 있다. For example, in the case of the deposition method, for example, chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (Physical Vapor Deposition, PVD) may be mentioned. For example, chemical vapor deposition includes, for example, atmospheric chemical vapor deposition (APCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma chemical vapor deposition (PECVD), and the like.
가령, 물리적 증기 증착법은 예를 들어, 열증발법, 전자빔증발법, 스퍼터링법 등을 들 수 있다. For example, physical vapor deposition includes, for example, thermal evaporation, electron beam evaporation, sputtering, and the like.
또한, 코팅하는 방법의 경우는 예를 들어, 직접 코팅하는 방법과 표면 개질 후 코팅하는 방법 등을 들 수 있다.In addition, in the case of the method of coating, the method of coating directly, the method of coating after surface modification, etc. are mentioned, for example.
기판 및 제1금속을 제2금속을 포함하는 용액에 잠입하는 단계Immersing the substrate and the first metal in a solution comprising the second metal
본 발명은 기판 및 제1금속을 제2금속을 포함하는 용액에 잠입하여 제1금속의 외면을 제2금속으로 갈바닉 치환한다. 기판 및 제1금속의 기존 메타물질 구조체는 제2금속을 포함하는 용액에 완전히 잠입된다.The present invention infiltrates the substrate and the first metal into a solution containing the second metal to galvanically replace the outer surface of the first metal with the second metal. Existing metamaterial structures of the substrate and the first metal are completely submerged in a solution comprising the second metal.
제2금속을 포함하는 용액은 음의 유전율을 가지면서도, 환원전위가 제1금속보다 더 높은 금속이 포함된 용액으로, 다양한 형태의 용액일 수 있다. 다만, 제2금속은 이하에서 열거하는 예에 한정되어 해석되지는 않는다.The solution including the second metal is a solution containing a metal having a higher dielectric constant than the first metal while having a negative dielectric constant, and may be various types of solutions. However, the second metal is not to be construed as being limited to the examples listed below.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 알루미늄(Al)인 경우, 단일 금속 이온, 알루미늄을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 알루미늄인산염, 플루오르화알루미늄산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal substituted with the first metal is aluminum (Al), various salts including a single metal ion and aluminum are possible. For example, aluminum phosphate, aluminum fluoride salt, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 크롬(Cr)인 경우, 단일 금속 이온, 크롬을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 크롬산염, 과산화크롬산염, 시안화크롬산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is chromium (Cr), various salts including a single metal ion, chromium, are possible. For example, chromate, chromate peroxide, chromate cyanate, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 니켈(Ni)인 경우, 단일 금속 이온, 니켈을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 테트라사이아노니켈산염, 니켈산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is nickel (Ni), various salts including single metal ions and nickel are possible. For example, tetracyano nickel acid salt, nickel acid salt, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 납(Pb)인 경우, 단일 금속 이온, 납을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 브롬화납산염, 염화납산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is lead (Pb), various salts including a single metal ion and lead are possible. For example, lead bromide, lead chloride, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 구리(Cu)인 경우, 단일 금속 이온, 구리를 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 테트라사이아노구리산염, 트리클로로구리산염, 황산구리염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is copper (Cu), various salts are possible including a single metal ion, copper. For example, tetracyano copper salt, trichloro copper salt, a copper sulfate salt, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 은(Ag)인 경우, 단일 금속 이온, 은을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 트리클로로은산염, 트리요오드은산염, 다이아세타토은산염등을 들 수 있다.For example, when the second metal substituted with the first metal is silver (Ag), various salts including a single metal ion, silver, are possible. For example, trichloro nitrate, triiodo nitrate, diaceta nitrate, etc. are mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 백금(Pt)인 경우, 단일 금속 이온, 백금을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 염화백금산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is platinum (Pt), various salts including a single metal ion, platinum, are possible. For example, chloroplatinum salt etc. can be mentioned.
가령, 제1금속과 치환되는 제2금속이 금(Au)인 경우, 단일 금속 이온, 금을 포함하는 다양한 염이 가능하다. 예를 들어, 사이아노금산염, 염화금산염 등을 들 수 있다.For example, when the second metal to be substituted with the first metal is gold (Au), various salts including a single metal ion and gold are possible. For example, cyano gold salt, a gold chloride salt, etc. are mentioned.
또한, 본 발명의 제2금속을 포함하는 용액은 바람직하게는, 수용액일 수 있다. 더 바람직하게는 수용액의 온도는 60℃이상 100℃이하를 들 수 있다. 60℃이하에서는, 제2금속이 제1금속의 외면에서 균일하게 치환되지 않는다. 100℃이상에서는 제2금속을 포함하는 수용액이 끓어 갈바닉 치환이 제한된다. 보다 더 바람직하게는 수용액의 온도는 70℃이상 90℃이하를 들 수 있다. 70℃이상에서는, 치환되는 제2금속이 기존 메타물질 구조체의 내부로 확산하여 제1금속의 외면에서 제2금속이 균일하게 치환된다. 90℃이상에서는 제2금속을 포함하는 수용액에 기포가 생겨 갈바닉 치환이 제한된다. 가장 바람직하게는 수용액의 온도는 80℃를 들 수 있다. 80℃에서는, 치환되는 제2금속이 기존 메타물질 구조체의 내부로 확산하여 제1금속의 외면에서 제2금속이 균일하게 치환되고, 제2금속을 포함하는 수용액에 기포가 생기지 않아 갈바닉 치환이 잘 이루어진다.In addition, the solution containing the second metal of the present invention may preferably be an aqueous solution. More preferably, the temperature of aqueous solution is 60 degreeC or more and 100 degrees C or less. Below 60 ° C., the second metal is not uniformly substituted on the outer surface of the first metal. Above 100 ° C., the aqueous solution containing the second metal boils and the galvanic substitution is limited. Even more preferably, the temperature of the aqueous solution may be 70 ° C or more and 90 ° C or less. Above 70 ° C., the second metal to be substituted diffuses into the existing metamaterial structure so that the second metal is uniformly substituted on the outer surface of the first metal. Above 90 ° C, bubbles are generated in the aqueous solution containing the second metal, so that the galvanic substitution is limited. Most preferably, the temperature of aqueous solution is 80 degreeC. At 80 ° C., the second metal to be substituted diffuses into the existing metamaterial structure so that the second metal is uniformly substituted on the outer surface of the first metal, and bubbles are not generated in the aqueous solution containing the second metal, so the galvanic substitution is well performed. Is done.
제1금속은 제2금속이 포함된 용액에 잠입되어 제1금속의 외면은 보다 환원전위가 높은 제2금속으로 갈바닉 치환된다. 갈바닉 치환된 결과 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성할 수 있다. 이하에서는 코팅층을 형성하는 단계에 대하여 설명한다.The first metal is immersed in a solution containing the second metal so that the outer surface of the first metal is galvanically substituted with a second metal having a higher reduction potential. As a result of the galvanic substitution, a coating layer composed of the second metal may be formed. Hereinafter, the step of forming the coating layer will be described.
제1금속의 외면이 제2금속으로 The outer surface of the first metal is the second metal 갈바닉Galvanic 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계 Substituting to form a coating layer consisting of a second metal
기존 메타물질 구조체를 치환용액에 잠입한 결과, 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환된 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅층은 그 두께 및 원자함량비에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있고, 단일 치환뿐 아니라, 이중, 다중 치환을 통해서 두 개의 층 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 코팅층의 두께, 원자함량비는 갈바닉 치환에 따라 결정되며, 치환용액의 농도, 반응시간 등을 조절하여 갈바닉 치환의 정도를 조절할 수 있다. 원자함량비는 치환용액의 농도, 반응시간에 따라 지수함수적으로 증가하게 되고, 치환용액의 농도, 반응시간이 증가할수록 증가폭이 감소하는 양상을 띤다. 본 발명은 기존 메타물질 구조체가 치환용액에 잠입되어 형성되고, 치환용액의 농도, 반응시간을 조절하여 간단하게 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다.As a result of infiltrating the existing meta-material structure into the substitution solution, the outer surface of the first metal may form a coating layer composed of the second metal galvanically substituted with the second metal. The coating layer may adjust the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to its thickness and atomic content ratio, and may be composed of two or more layers through double and multiple substitutions as well as a single substitution. In addition, the thickness of the coating layer, the atomic content ratio is determined according to the galvanic substitution, it is possible to control the degree of galvanic substitution by adjusting the concentration of the substitution solution, the reaction time. The atomic content ratio increases exponentially with the concentration of the substitution solution and the reaction time, and the increase decreases as the concentration of the substitution solution and the reaction time increase. The present invention is formed by the existing meta-material structure is immersed in the substitution solution, it is possible to simply control the plasmonic properties of the meta-material structure by adjusting the concentration, the reaction time of the substitution solution.
형성되는 본 발명의 코팅층은 기존 메타물질 구조체에 더하여 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 바람직하게는, 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것을 들 수 있다. 두께가 1nm 이하인 경우에서는 코팅층이 너무 얇아 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성에 변화가 없고, 두께가 200nm 이상인 경우에서는 코팅층이 너무 두꺼워 제1금속의 플라즈모닉 특성이 메타물질 구조체의 외부로 구현될 수 없다. The coating layer of the present invention is formed in addition to the existing meta-material structure can control the plasmonic properties. Preferably, the thickness of a coating layer is 1 nm or more and 200 nm or less. If the thickness is less than 1nm, the coating layer is too thin so there is no change in the plasmonic properties of the existing metamaterial structure. If the thickness is 200nm or more, the coating layer is too thick so that the plasmonic properties of the first metal can be realized outside the metamaterial structure. none.
더 바람직하게는, 코팅층은 기존 메타물질 구조체의 제1금속과 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하일 때 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 10:1 이하에서는 치환된 금속이 너무 적어 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성에 변화가 없고, 10:8 이상인 경우에는 치환된 금속이 너무 많아 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 잃어버리고, 치환된 금속의 플라즈모닉 특성이 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성이 된다. More preferably, the coating layer may adjust the plasmonic properties when the atomic content ratio of the first metal and the substituted second metal of the existing metamaterial structure is 10: 1 or more and 10: 8 or less. At less than 10: 1, there is no change in the plasmonic properties of the existing metamaterial structures because there are too few substituted metals. If at 10: 8 or more, there are too many substituted metals to lose the plasmonic properties of the existing metamaterial structures. The plasmonic properties of the metal become the plasmonic properties of the metamaterial structure.
<본 발명의 제조방법에 의해 제조된 메타물질 구조체><Meta substance structure produced by the manufacturing method of the present invention>
금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 제조 단순성Simplicity of Fabrication of Metal Nanoparticle-Based Metamaterial Structures
본 발명의 코팅층은 기존 메타물질 구조체를 치환용액에 잠입한 결과, 제1금속의 외면이 제2금속으로 갈바닉 치환된 제2금속으로 구성된다. 코팅층은 그 두께 및 원자함량비에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있고, 단일 치환뿐 아니라, 이중, 다중 치환을 통해서 두 개의 층 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 코팅층의 두께, 원자함량비는 갈바닉 치환에 따라 결정되며, 치환용액의 농도, 반응시간 등을 조절하여 갈바닉 치환의 정도를 조절할 수 있다. 원자함량비는 치환용액의 농도, 반응시간에 따라 지수함수적으로 증가하게되고, 치환용액의 농도, 반응시간이 증가할수록 증가폭이 감소하는 양상을 띤다. 본 발명의 특장점은 기존 메타물질 구조체가 치환용액에 잠입되어 형성되고, 치환용액의 농도, 반응시간을 조절하여 간단하게 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있는 단순성이다.The coating layer of the present invention consists of a second metal in which the outer surface of the first metal is galvanically substituted with the second metal as a result of infiltrating the existing meta-material structure in the substitution solution. The coating layer may adjust the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to its thickness and atomic content ratio, and may be composed of two or more layers through double and multiple substitutions as well as a single substitution. In addition, the thickness of the coating layer, the atomic content ratio is determined according to the galvanic substitution, it is possible to control the degree of galvanic substitution by adjusting the concentration of the substitution solution, the reaction time. The atomic content ratio increases exponentially with the concentration of the substitution solution and the reaction time, and decreases as the concentration of the substitution solution and the reaction time increase. An advantage of the present invention is the simplicity of the existing meta-material structure formed by immersing in the substitution solution and simply controlling the plasmonic properties of the meta-material structure by adjusting the concentration and reaction time of the substitution solution.
메타물질 구조체의 구조의 범용성Generality of the Structure of Metamaterial Structures
본 발명의 제조방법은 기존 메타물질 구조체를 치환용액에 잠입시켜 갈바닉 치환할 수 있다. 제2금속이 치환용액에 노출되는 제1금속의 외면에서부터 치환되기 때문에 기존 메타물질 구조체의 형상 및 크기에 제한되지 않고 균일한 치환이 가능하다. 또한, 본 발명의 제1금속, 제2금속은 플라즈모닉 특성을 구현할 수 있는 음의 유전율을 가진 금속으로 앞서 열거한 예시에 한정하여 해석되지 않는다. 따라서, 제1금속과 제2금속은 음의 유전율을 가진 다양한 금속으로 해석될 수 있다. 본 발명의 특장점은 기존 메타물질 구조체의 형상 및 크기에 제한되지 않고 균일한 치환이 가능하며, 음의 유전율을 가진 다양한 금속에 적용할 수 있는 범용성이다.The production method of the present invention can be galvanic substitution by infiltrating the existing meta-material structure in the substitution solution. Since the second metal is substituted from the outer surface of the first metal exposed to the substitution solution, uniform substitution is possible without being limited to the shape and size of the existing metamaterial structure. In addition, the first metal and the second metal of the present invention are not limited to the examples listed above as metals having a negative dielectric constant capable of realizing plasmonic properties. Therefore, the first metal and the second metal may be interpreted as various metals having negative permittivity. Advantages of the present invention are not limited to the shape and size of the existing metamaterial structure, and can be uniformly substituted, and can be applied to various metals having a negative dielectric constant.
메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성 조절용이성Ease of controlling plasmonic properties of metamaterial structures
제1금속과 기판으로 이루어진 기존 메타물질 구조체는 플라즈모닉 특성을 구현할 수 있는 최소의 요건을 갖춘 메타물질 구조체에 해당한다. 본 발명의 제조방법은 기존 메타물질 구조체의 제1금속 외면을 다른 금속과 갈바닉 치환하여 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 금(Au)으로 치환하는 경우, 메타물질 구조체의 금(Au) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 장파장쪽으로 이동하게 된다. 또한, 본 발명의 일 예로서 은(Ag)을 백금(Pt)으로 치환하는 경우에는, 메타물질 구조체의 백금(Pt) 함량이 증가하면 플라즈모닉 공진특성이 단파장쪽으로 이동하게 된다. 본 발명의 특장점은 치환되는 금속에 따라 기존 메타물질 구조체의 플라즈모닉 특성을 조절할 수 있는 조절용이성이다.The existing metamaterial structure consisting of the first metal and the substrate corresponds to the metamaterial structure having the minimum requirements for realizing plasmonic properties. The manufacturing method of the present invention can control the plasmonic properties by galvanic replacement of the first metal outer surface of the existing metamaterial structure with other metals. For example, when silver (Ag) is replaced with gold (Au) as an example of the present invention, when the gold (Au) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the longer wavelength. In addition, when silver (Ag) is substituted with platinum (Pt) as an example of the present invention, when the platinum (Pt) content of the metamaterial structure is increased, the plasmonic resonance characteristic is shifted toward the shorter wavelength. An advantage of the present invention is the controllability of controlling the plasmonic properties of the existing metamaterial structure according to the metal to be substituted.
금속 나노입자 기반 메타물질 구조체의 커플링Coupling of Metal Nanoparticle-based Metamaterial Structures
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체는 금속 나노입자를 열적으로 소결하거나, 화학적으로 짧은 리간드로 치환하여 나노입자 사이를 전자기적으로 커플링할 수 있는 특성을 갖는다. 이로서, 플라즈모닉 특성을 보다 잘 구현할 수 있게 된다. The metal nanoparticle-based metamaterial structure manufactured by the method of the present invention has the property of thermally sintering metal nanoparticles or substituting them with chemically short ligands to electromagnetically couple between nanoparticles. This makes it possible to better implement the plasmonic characteristics.
{실시예}{Example}
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 제공되는 것으로서, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상이 반드시 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is provided to be easily implemented by those skilled in the art, and the present invention may be embodied in many different forms, and the spirit of the present invention is not necessarily limited to the embodiments. no.
도 10은 HAuCl4 수용액의 농도 (0.007mM, 0.014mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 은(Ag)을 금(Au)으로 갈바닉 치환하였을 때 전체 원자함량 대비 치환된 금의 원자함량비를 그래프로 표현한 것이다. 상기 원자함량비는 치환용액의 농도, 반응시간에 따라 지수함수적으로 증가하게 되고, 치환용액의 농도, 반응시간이 증가할수록 증가폭이 감소하는 양상을 띤다. FIG. 10 is the total atomic content substitution when silver (Ag) is galvanically substituted with gold (Au) according to the concentration of aqueous solution of HAuCl 4 (0.007mM, 0.014mM, 0.035mM) and reaction time (10, 30, 60 minutes). It is a graph showing the atomic content ratio of gold. The atomic content ratio increases exponentially with the concentration of the substitution solution and the reaction time, and the increase is decreased as the concentration of the substitution solution and the reaction time increase.
실시예Example 1 : 금속 박막 기반 1: metal thin film base 메타물질Metamaterial 구조체 Structure
실시예 1의 각 제조단계 별로 이하에서 상세히 서술한다.Each manufacturing step of Example 1 will be described in detail below.
(A)단계 기판을 형성하는 단계로, 본 발명의 기판은 유리 기판, 투명 고분자 기판 등을 사용했다. Step (A) In the step of forming the substrate, the substrate of the present invention used a glass substrate, a transparent polymer substrate and the like.
(B)단계 기판 상에 나노패턴을 형성하기 위해 단층을 높이는 (폴리머)레진을 균일하게 코팅하는 단계로, 레진(600)은 PR(photoresist), 폴리메틸글루타리마이드(PMGI)를 사용했다. Step (B) In the step of uniformly coating the (polymer) resin to increase the monolayer in order to form a nano-pattern on the substrate, the
(C)단계 마이크로 또는 나노패턴의 레진을 직접 기판 상에 균일하게 코팅하거나 제2단계의 레진 상에 균일하게 코팅하는 단계로, 레진은 열 또는 UV경화가 가능한 HSQ(Hydrofen silsesquioxane) 또는 폴리부틸메타아크릴레이트(PBMA), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 등의 폴리머 레진을 사용했다. (C) step of uniformly coating the resin of the micro- or nano-pattern directly on the substrate or uniformly on the resin of the second step, the resin can be heat or UV curable (Hydrofen silsesquioxane) or polybutyl meta Polymer resins such as acrylate (PBMA) and polymethyl methacrylate (PMMA) were used.
(D)단계 마이크로 또는 나노패턴의 스탬프 몰드를 접촉시키고 일정한 압력을 가하고 열 또는 UV 경화에 따른 처리를 하는 단계로, 스탬프 몰드는 폴리디메틸실록산(PDMS) 등으로 이루어진 고분자 기반의 물질을 사용했다. Step (D) is a step of contacting the stamp mold of the micro or nanopattern, applying a constant pressure and processing according to heat or UV curing, the stamp mold used a polymer-based material made of polydimethylsiloxane (PDMS) or the like.
(E)단계 스탬프 몰드를 분리하여 레진의 마이크로패턴 또는 나노패턴을 형성하는 단계로, 스탬프 몰드가 접촉된 레진의 잔여층을 제거했다. Step (E) In the step of separating the stamp mold to form a micro pattern or a nano pattern of the resin, the remaining layer of the resin in contact with the stamp mold was removed.
(F)단계 금속 박막을 패턴 사이에 증착하는 단계로, 금속 박막은 은(Ag)이며, 증착하는 방법으로 스퍼터(sputter)를 사용했다. Step (F) In the step of depositing the metal thin film between the patterns, the metal thin film is silver (Ag), and sputtering was used as the vapor deposition method.
(G)단계 (폴리머)레진 구조(600,610)를 제거하여 금속 박막으로 이루어진 패턴만 선택적으로 남기는 단계로, 화학용액으로 제거했다. Step (G) The (polymer)
(H)단계 형성된 메타물질 구조체의 물성을 조절하기 위하여 갈바닉 치환하는 단계로, 은(Ag)의 메타물질 구조체를 수용액의 온도가 80도인 HAuCl4의 수용액속에 잠입시켜 메타물질 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환하였다. (H) step of galvanic substitution in order to control the physical properties of the formed metamaterial structure, the metamaterial structure of silver (Ag) is immersed in an aqueous solution of HAuCl 4 having an aqueous solution temperature of 80 degrees silver (Ag) The outer surface was galvanic substituted with Au.
상술한 제조순서에 따라 은(Ag) 금속 박막 기반 메타물질 구조체를 형성하였고 HAuCl4 수용액의 농도 (0.007mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 상기 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환했다.A silver metal thin film based metamaterial structure was formed according to the above-described manufacturing procedure, and the silver (Ag) of the structure was changed according to the concentration of the aqueous solution of HAuCl 4 (0.007 mM, 0.035 mM) and the reaction time (10, 30, 60 minutes). ) The outer surface was galvanically substituted with Au.
실시예Example 2 : 금속 나노입자 기반 2: metal nanoparticle base 메타물질Metamaterial 구조체 Structure
실시예 2의 각 제조단계 별로 이하에서 상세히 서술한다.Each manufacturing step of Example 2 will be described in detail below.
(ㄱ)단계 기판을 형성하는 단계로, 본 발명의 기판은 유리 기판, 투명 고분자 기판 등을 사용했다. Step (a) In the step of forming a substrate, the substrate of the present invention used a glass substrate, a transparent polymer substrate and the like.
(ㄴ)단계 기판 상에 나노패턴을 형성하기 위해 단층을 높이는 (폴리머)레진을 균일하게 코팅하는 단계로, 레진은 PR(photoresist), 폴리메틸글루타리마이드(PMGI)를 사용했다. (B) step of uniformly coating the (polymer) resin to increase the monolayer to form a nano-pattern on the substrate, the resin used a photoresist (PR), polymethyl glutarimide (PMGI).
(ㄷ)단계 마이크로 또는 나노패턴의 레진을 직접 기판 상에 균일하게 코팅하거나 제2단계의 레진 상에 균일하게 코팅하는 단계로, 레진은 열 또는 UV경화가 가능한 HSQ(Hydrofen silsesquioxane) 또는 폴리부틸메타아크릴레이트(PBMA), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 등의 폴리머 레진을 사용했다. (C) step of uniformly coating the resin of the micro- or nano-pattern directly on the substrate or uniformly on the resin of the second step, the resin may be heat or UV-curable HSQ (Hydrofen silsesquioxane) or polybutyl meta Polymer resins such as acrylate (PBMA) and polymethyl methacrylate (PMMA) were used.
(ㄹ)단계 마이크로 또는 나노패턴의 스탬프 몰드를 접촉시키고 일정한 압력을 가하고 열 또는 UV 경화에 따른 처리를 하는 단계로, 스탬프 몰드는 폴리디메틸실록산(PDMS) 등으로 이루어진 고분자 기반의 물질을 사용했다. Step (d) Contacting the stamp mold of the micro or nanopattern, applying a constant pressure, and treating with heat or UV curing, the stamp mold used a polymer-based material made of polydimethylsiloxane (PDMS) or the like.
(ㅁ)단계 스탬프 몰드를 분리하여 레진의 마이크로패턴 또는 나노패턴을 형성하는 단계로, 스탬프 몰드가 접촉된 레진의 잔여층을 제거했다. Step (ㅁ) In the step of separating the stamp mold to form a micro pattern or a nano pattern of the resin, the remaining layer of the resin in contact with the stamp mold was removed.
(ㅂ)단계 금속 나노입자를 패턴 사이에 코팅하는 단계로, 금속 나노입자는 은(Ag)이었다. (Iii) coating the metal nanoparticles between the patterns, wherein the metal nanoparticles were silver (Ag).
(ㅅ)단계 (폴리머)레진 구조를 제거하여 금속 나노입자으로 이루어진 패턴만 선택적으로 남기는 단계로, 화학용액으로 제거했다. (G) step (polymer ) The step of removing the resin structure to selectively leave only the pattern consisting of metal nanoparticles, was removed with a chemical solution.
(ㅇ)단계 메타물질 구조체를 이루는 금속 나노입자를 열적으로 소결하거나, 화학적으로 짧은 리간드로 치환하여 나노입자 사이를 커플링시켰다. Step (o) The metal nanoparticles constituting the metamaterial structure were thermally sintered or replaced with chemically short ligands to couple the nanoparticles.
(ㅈ)단계 형성된 메타물질 구조체의 물성을 조절하기 위하여 갈바닉 치환하는 단계로, 은(Ag)의 메타물질 구조체를 수용액의 온도가 80도인 HAuCl4의 수용액 속에 잠입시켜 메타물질 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환하였다. (B) step of galvanic substitution in order to control the physical properties of the formed metamaterial structure, the metamaterial structure of silver (Ag) is immersed in an aqueous solution of HAuCl 4 having an aqueous solution temperature of 80 degrees silver (Ag) The outer surface was galvanic substituted with Au.
상술한 제조순서에 따라 은(Ag) 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체를 형성하였고 HAuCl4 수용액의 농도 (0.014mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 금(Au)을 갈바닉 치환했다.According to the manufacturing procedure described above, silver (Ag) metal nanoparticle-based metamaterial structures were formed, and gold (Au) was changed according to the concentration of aqueous solution of HAuCl 4 (0.014mM, 0.035mM) and reaction time (10, 30, 60 minutes). Galvanic substitution.
실시예Example 3 : 금속 나노입자 기반 3: based on metal nanoparticles 메타물질Metamaterial 구조체 Structure
실시예 2와 동일한 조건에서 제조하되, 은(Ag) 금속 나노입자를 소결하였으며 소결된 은(Ag) 나노입자 기반 메타물질 구조체를 수용액의 온도가 80도인 HPtCl4 수용액의 농도 0.05mM에 반응시간 10분으로 잠입시켜 메타물질 구조체의 은(Ag) 외면을 백금(Pt)로 치환하였다.Prepared under the same conditions as in Example 2, except that the silver (Ag) metal nanoparticles were sintered, and the sintered silver (Ag) nanoparticle-based metamaterial structure was reacted at a concentration of 0.05 mM of HPtCl 4 aqueous solution having an aqueous temperature of 80 degrees. Infiltrated in minutes, the silver (Ag) outer surface of the metamaterial structure was replaced with platinum (Pt).
<실시예 1의 평가><Evaluation of Example 1>
실시예 1에서 은(Ag) 나노입자를 기판에 증착하여 금속 박막 기반 메타물질 구조체를 형성하였고 HAuCl4 수용액의 농도 (0.007mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 상기 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환했다.In Example 1, silver (Ag) nanoparticles were deposited on a substrate to form a metal thin film-based metamaterial structure, and according to the concentration of the aqueous HAuCl 4 solution (0.007mM, 0.035mM) and the reaction time (10, 30, 60 minutes) The outer surface of silver (Ag) of the structure was galvanically substituted with gold (Au).
도 11은 실시예 1의 갈바닉 치환조건(치환용액농도, 반응시간)에 따른 유전율의 실수부 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축, 세로축은 각각 파장(nm), 유전율(ε)의 실수부를 나타낸다. HAuCl4 수용액의 농도(0.007mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 금(Au) 치환되는 정도가 적은 순서대로 차례대로 나열하면 0.007mM에서 10분, 30분, 60분 그리고 0.035mM에서 10분, 30분, 60분이 된다. 해당 그래프 상에서 파장이 400nm 이상 1600nm 이하의 범위에서 유전율의 실수부분은 음수이다.11 is a graph showing the change in the real part of the dielectric constant according to the galvanic substitution conditions (substitution solution concentration, reaction time) of Example 1. The abscissa and the ordinate represent the real part of the wavelength (nm) and the dielectric constant (ε), respectively. According to the concentration of aqueous solution of HAuCl 4 (0.007mM, 0.035mM) and the reaction time (10, 30, 60 minutes), the degree of substitution of gold (Au) is ordered in order of 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes at 0.007mM. Minutes and 0.035mM will be 10 minutes, 30 minutes and 60 minutes. On the graph, the real part of the dielectric constant is negative in the range of 400 nm to 1600 nm.
도 11을 해석하면 치환하고자 하는 금속이 포함되어 있는 용액의 농도 및 반응시간을 조절하여 갈바닉 치환되는 금속의 양을 조절할 수 있다. 도 11에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높아질수록 유전율의 실수부가 0에 가까운 음의 유전율 특성을 가진다. 즉, 갈바닉 치환을 통하여 본 발명의 메타물질 구조체의 유전율을 조절할 수 있음을 알 수 있다.11, the amount of the galvanic substituted metal may be adjusted by adjusting the concentration and reaction time of the solution containing the metal to be substituted. In FIG. 11, as the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution increases, the real part of the permittivity has a negative permittivity characteristic that is close to zero. That is, it can be seen that the dielectric constant of the metamaterial structure of the present invention can be adjusted through galvanic substitution.
또한, 도 12는 실시예 1의 갈바닉 치환조건(치환용액농도, 반응시간)에 따른 유전율의 허수부 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축, 세로축은 각각 파장(nm), 유전율(ε)의 허수부를 나타낸다. 앞서 도 11에서 상술하였듯이 금(Au) 치환되는 정도가 적은 순서대로 차례대로 나열하면 0.007mM에서 10분, 30분, 60분 그리고 0.035mM에서 10분, 30분, 60분이 된다. 해당 그래프 상에서 파장이 400nm 이상 1600nm 이하의 범위에서 유전율의 허수부는 약 1~2.5에서부터 약 10~15까지 선형적으로 변화하고 있다.12 is a graph showing the imaginary part change in permittivity according to the galvanic substitution condition (substituent solution concentration, reaction time) of Example 1. FIG. The abscissa and the ordinate represent imaginary parts of wavelength (nm) and dielectric constant (ε), respectively. As described above in detail with reference to FIG. 11, when the gold (Au) substitution degree is arranged in order in order of 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes at 0.07 mM and 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes at 0.035 mM. In the graph, the imaginary part of dielectric constant varies linearly from about 1 to 2.5 to about 10 to 15 in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
도 12를 해석하면 치환하고자 하는 금속이 포함되어 있는 용액의 농도 및 반응시간을 조절하여 갈바닉 치환되는 금속의 양을 조절할 수 있다. 도 12에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높아질수록 유전율의 허수부를 더 낮게 조절할 수 있다. 유전율의 허수부가 높을수록 광학손실도 커지므로, 금(Au) 원자함량이 높을수록 유전율 허수부를 낮게 조절할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 갈바닉 치환을 통하여 본 발명의 메타물질 구조체의 유전율을 조절할 수 있음을 알 수 있다. 12, the amount of the galvanic substituted metal can be adjusted by adjusting the concentration and reaction time of the solution containing the metal to be substituted. In FIG. 12, the higher the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution, the lower the imaginary part of the dielectric constant. The higher the imaginary part of the dielectric constant, the greater the optical loss. Therefore, the higher the atomic content of gold (Au), the lower the imaginary part of the dielectric constant. That is, it can be seen that the dielectric constant of the metamaterial structure of the present invention can be adjusted through galvanic substitution.
메타물질 구조체에 있어서 유전율의 음의 실수부, 허수부는 각각 메타물질의 플라즈몬 공명 특성, 광학손실 (매질에 의한 전자기파 고유 에너지 손실)을 의미한다. 도 11 및 도 12에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높을수록 유전율의 음의 실수부는 0에 가까워지며 허수부는 낮게 조절된다. In the metamaterial structure, the negative real part and the imaginary part of the dielectric constant mean plasmon resonance characteristics and optical loss (intrinsic electromagnetic energy loss due to the medium) of the metamaterial. 11 and 12, the higher the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution, the negative real part of the dielectric constant is closer to zero and the imaginary part is controlled lower.
<< 실시예Example 2의 평가> 2, Evaluation>
실시예 2에서 은(Ag) 나노입자를 기판에 코팅하여 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체를 형성하였고 HAuCl4 수용액의 농도 (0.014mM, 0.035mM), 반응시간 (10, 30, 60분)에 따라 상기 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환했다.In Example 2, silver (Ag) nanoparticles were coated on a substrate to form a metal nanoparticle-based metamaterial structure, depending on the concentration of the aqueous solution of HAuCl 4 (0.014mM, 0.035mM) and reaction time (10, 30, 60 minutes). The outer surface of silver (Ag) of the structure was galvanically substituted with gold (Au).
도 13은 실시예 2의 갈비닉 치환조건(치환용액농도, 반응시간)에 따른 플라즈모닉 공진 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축, 세로축은 각각 파장(nm), 정규화된 투과도(normalized transmittance)를 나타낸다. 정규화된 투과도는 1.0일 때 투과율은 100%이며, 투과도가 0.0일때는 투과율은 0%이다. 예를 들어, 가령 투과도 0.6은 투과율 60%를 의미한다. HAuCl4 수용액의 농도(0.014mM), 반응시간 (0, 10, 30, 60분)에 따라 금(Au) 치환되는 정도가 적은 순서대로 차례대로 나열하면 0.014mM에서 0분, 10분, 30분, 60분이 된다. 해당 그래프 상에서 반응시간 0분의 곡선(도 13의 initial 곡선)은 공진 파장을 약 750nm에서, 10분의 곡선은 공진 파장을 약 850nm에서, 30분의 곡선은 공진 파장을 약 900nm에서, 60분의 곡선은 공진 파장을 약 950nm에서 가진다.FIG. 13 is a graph showing changes in plasmonic resonance characteristics according to galvanic substitution conditions (replacement solution concentration and reaction time) of Example 2. FIG. The abscissa and the ordinate represent wavelengths (nm) and normalized transmittances, respectively. The normalized transmittance is 1.0 when the transmittance is 100%, and when transmittance is 0.0, the transmittance is 0%. For example, 0.6 transmittance means 60% transmittance. According to the concentration of the aqueous solution of HAuCl 4 (0.014mM) and the reaction time (0, 10, 30, 60 minutes), the degree of gold (Au) substitution is ordered in the order of 0 minute, 10 minutes, 30 minutes at 0.014 mM. , 60 minutes. In the graph, the response time curve of 0 minutes (initial curve in FIG. 13) shows a resonance wavelength at about 750 nm, a 10 minute curve at about 850 nm, and a 30 minute curve at about 900 nm at 60 minutes. The curve of has a resonant wavelength at about 950 nm.
도 13을 해석하면 치환하고자 하는 금속이 포함되어 있는 용액의 농도 및 반응시간을 조절하여 갈바닉 치환되는 금속의 양을 조절할 수 있다. 도 13에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높아질수록 메타물질 구조체의 공진 파장이 장파장 쪽으로 이동한다. 즉, 적색 변위(red-shift)가 된다. 갈바닉 치환을 통하여 본 발명의 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진특성을 조절할 수 있음을 알 수 있다.By interpreting FIG. 13, the amount of the galvanic substituted metal may be adjusted by adjusting the concentration and reaction time of the solution containing the metal to be substituted. In FIG. 13, as the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution increases, the resonance wavelength of the metamaterial structure shifts toward the longer wavelength. That is, it becomes a red shift. It can be seen that the plasmonic resonance characteristics of the metamaterial structure of the present invention can be adjusted through galvanic substitution.
또한, 도 14는 실시예 2의 갈비닉 치환조건(치환용액농도, 반응시간)에 따른 플라즈모닉 공진 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축, 세로축은 각각 파장(nm), 정규화된 투과도를 나타낸다. 정규화된 투과도는 1.0일 때 투과율은 100%이며, 투과도가 0.0일때는 투과율은 0%이다. 예를 들어, 가령 투과도 0.6은 투과율 60%를 의미한다. HAuCl4 수용액의 농도(0.035mM), 반응시간 (0, 10, 20분)에 따라 금(Au) 치환되는 정도가 적은 순서대로 차례대로 나열하면 0.035mM에서 0분, 10분, 20분이 된다. 해당 그래프 상에서 반응시간 0분의 곡선(도 14의 initial 곡선)은 공진 파장을 약 750nm에서, 10분의 곡선은 공진 파장을 약 980nm에서, 20분의 곡선은 공진 파장을 약 1050nm에서 가진다.FIG. 14 is a graph showing changes in plasmonic resonance characteristics according to galvanic substitution conditions (replacement solution concentration and reaction time) of Example 2. FIG. The horizontal and vertical axes represent wavelength (nm) and normalized transmittance, respectively. The normalized transmittance is 1.0 when the transmittance is 100%, and when transmittance is 0.0, the transmittance is 0%. For example, 0.6 transmittance means 60% transmittance. According to the concentration of the aqueous solution of HAuCl 4 (0.035mM) and the reaction time (0, 10, 20 minutes), the substitution degree of gold (Au) is ordered in the order of 0 minute, 10 minutes, and 20 minutes at 0.035mM. On this graph, the curve of 0 minutes of response time (initial curve of FIG. 14) has a resonance wavelength at about 750 nm, a 10 minute curve at about 980 nm, and a 20 minute curve at about 1050 nm.
도 14를 해석하면 치환하고자 하는 금속이 포함되어 있는 용액의 농도 및 반응시간을 조절하여 갈바닉 치환되는 금속의 양을 조절할 수 있다. 도 14에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높아질수록 메타물질 구조체의 공진 파장이 장파장 쪽으로 이동한다. 즉, 적색 변위(red-shift)가 된다. 갈바닉 치환을 통하여 본 발명의 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진특성을 조절할 수 있음을 알 수 있다.By analyzing FIG. 14, the amount of the galvanic substituted metal may be adjusted by adjusting the concentration and reaction time of the solution containing the metal to be substituted. In FIG. 14, as the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution increases, the resonance wavelength of the metamaterial structure moves toward the longer wavelength. That is, it becomes a red shift. It can be seen that the plasmonic resonance characteristics of the metamaterial structure of the present invention can be adjusted through galvanic substitution.
도 13,14 상의 공진 파장에서 정규화된 투과율은 약 0.0에 가까운 값을 가진다. 즉, 본 발명의 메타물질 구조체의 일 예로서 실시예 2는 공진 파장의 전자기파를 선택적으로 투과시키지 않는 특성이 있다. 실시예 2에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 금(Au)의 원자함량이 높아질수록 메타물질 구조체의 공진 파장은 장파장 쪽으로 이동한다. 즉, 본 발명은 갈바닉 치환공정을 통하여 간단하게 메타물질 구조체의 물성을 조절함으로써 원하는 플라즈모닉 공진특성을 구현할 수 있는 특장점을 가진다.The normalized transmission at the resonant wavelength on Figs. 13, 14 has a value close to about 0.0. That is, as an example of the metamaterial structure of the present invention, the second embodiment has a characteristic of not selectively transmitting electromagnetic waves having a resonance wavelength. In Example 2, the resonant wavelength of the metamaterial structure shifts toward the longer wavelength as the atomic content of gold (Au) substituted according to the galvanic substitution increases. That is, the present invention has the advantage that the desired plasmonic resonance characteristics can be realized by simply adjusting the physical properties of the metamaterial structure through the galvanic substitution process.
도 15에서의 메타물질 구조체는 실시예 2의 갈바닉 치환 조건에 따라 은(Ag) 나노입자를 기판에 코팅하여 금속 나노입자 기반으로 형성하였다. 반응농도와 반응시간은 HAuCl4 수용액의 농도 0.035mM, 반응시간 20분으로, 메타물질 구조체의 은(Ag) 외면을 금(Au)으로 갈바닉 치환했다. 도 15는 상기 조건으로 제조된 메타물질 구조체의 단면 SEM, TEM 이미지 및 EDX 분석결과이다. The metamaterial structure in FIG. 15 was formed based on metal nanoparticles by coating silver (Ag) nanoparticles on a substrate according to the galvanic substitution condition of Example 2. The reaction concentration and reaction time were 0.035 mM in a HAuCl 4 aqueous solution and a reaction time of 20 minutes, and the silver (Ag) outer surface of the metamaterial structure was galvanically substituted with gold (Au). 15 is a cross-sectional SEM, TEM image and EDX analysis results of the metamaterial structure prepared under the above conditions.
도 15에서의 SEM 이미지(왼쪽)에서 메타물질 구조체의 은(Ag) 외면에서 금(Au)으로 치환된 것을 육안으로 할 수 있으며, TEM을 통하여 메타물질 구조체의 단면의 EDX를 확인한 결과(오른쪽)에서 구조체의 은(Ag) 외면에서 금(Au)으로 치환되어 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 갈바닉 치환을 이용하여 메타물질 구조체의 물성을 조절할 수 있다.In the SEM image (left) in FIG. 15, the silver (Ag) outer surface of the metamaterial structure was replaced with gold (Au), and the EDX of the cross section of the metamaterial structure was confirmed through TEM (right). It can be seen that the structure is substituted with gold (Au) on the outer surface of silver (Ag). That is, the present invention can adjust the physical properties of the metamaterial structure using galvanic substitution.
<실시예 3의 평가><Evaluation of Example 3>
실시예 3에서 은(Ag) 나노입자를 기판에 코팅하여 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체를 형성한 다음 소결(Sintered)하였고, HPtCl4 수용액의 농도 0.05mM에 반응시간 10분으로 잠입시켜 백금(Pt)을 갈바닉 치환했다.In Example 3, silver (Ag) nanoparticles were coated on a substrate to form a metal nanoparticle-based metamaterial structure, followed by sintering, and immersed in a concentration of 0.05 mM of HPtCl 4 solution at a reaction time of 10 minutes for platinum (Pt). ) To replace the galvanic.
도 16은 실시예 3의 갈비닉 치환에 따른 플라즈모닉 공진 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축, 세로축은 각각 파장(nm), 정규화된 투과도(normalized transmittance)를 나타낸다. 한편, 도 16의 sintered AgNPs는 sintered Silver NanoPartcles를 의미하며 반응시간 0분일 때의 초기상태 공진 특성을 나타내는 곡선이다. 도 16의 Ag-Pt는 반응시간 10분일 때의 공진 특성을 나타내는 곡선이다. 정규화된 투과도는 1.0일 때 투과율은 100%이며, 투과도가 0.0일때는 투과율은 0%이다. 예를 들어, 가령 투과도 0.6은 투과율 60%를 의미한다. 해당 그래프 상에서 반응시간 0분의 곡선(sintered AgNPs)은 공진 파장을 약 780nm에서, 10분의 곡선(Ag-Pt)은 공진 파장을 약 760nm에서 가진다.FIG. 16 is a graph illustrating changes in plasmonic resonance characteristics according to galvanic substitution of Example 3. FIG. The abscissa and the ordinate represent wavelengths (nm) and normalized transmittances, respectively. Meanwhile, sintered AgNPs in FIG. 16 mean sintered Silver NanoPartcles and are curves showing initial state resonance characteristics when the reaction time is 0 minutes. Ag-Pt in FIG. 16 is a curve showing resonance characteristics when the reaction time is 10 minutes. The normalized transmittance is 1.0 when the transmittance is 100%, and when transmittance is 0.0, the transmittance is 0%. For example, 0.6 transmittance means 60% transmittance. On this graph, the sintered AgNPs with a response time of 0 minutes have a resonance wavelength at about 780 nm, and the 10 minute curve (Ag-Pt) has a resonance wavelength at about 760 nm.
도 16을 해석하면 치환하고자 하는 금속이 백금(Pt)인 경우, 메타물질 구조체의 공진 파장이 단파장 쪽으로 이동한다. 즉, 청색 변위(blue-shift)가 된다. 실시예 2에서 금(Au)으로 갈바닉 치환하는 경우 공진 파장이 장파장으로 이동하는 것(적색 변위)과는 상반되는 결과로 해석된다. 즉, 치환하고자 하는 금속을 적절히 선택, 조절하여 갈바닉 치환하는 경우 본 발명의 메타물질 구조체의 플라즈모닉 공진특성을 더욱 정밀하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.In FIG. 16, when the metal to be substituted is platinum (Pt), the resonance wavelength of the metamaterial structure is shifted toward the shorter wavelength. That is, it becomes blue-shift. In the case of galvanic substitution with gold (Au) in Example 2, it is interpreted that the resonant wavelength is opposite to the shift of the long wavelength (red displacement). That is, when galvanic substitution is performed by appropriately selecting and adjusting the metal to be substituted, it can be seen that the plasmonic resonance characteristics of the metamaterial structure of the present invention can be more precisely controlled.
도 16 상의 공진 파장에서 정규화된 투과율은 약 0.0에 가까운 값을 가진다. 즉, 본 발명의 메타물질 구조체의 일 예로서 실시예 3은 공진 파장의 전자기파를 선택적으로 투과시키지 않는 특성이 있다. 실시예 3에서 갈바닉 치환에 따라 치환되는 백금(Pt)의 원자함량이 높아질수록 메타물질 구조체의 공진 파장은 단파장 쪽으로 이동한다. 즉, 본 발명은 갈바닉 치환공정을 통하여 간단하게 메타물질 구조체의 물성을 조절함으로써 원하는 플라즈모닉 공진특성을 구현할 수 있는 특장점을 가진다.The normalized transmission at the resonance wavelength on FIG. 16 has a value close to about 0.0. That is, Example 3 of the metamaterial structure of the present invention has a characteristic of not selectively transmitting electromagnetic waves of resonant wavelength. In Example 3, the resonant wavelength of the metamaterial structure shifts toward the shorter wavelength as the atomic content of platinum (Pt) substituted by galvanic substitution increases. That is, the present invention has the advantage that the desired plasmonic resonance characteristics can be realized by simply adjusting the physical properties of the metamaterial structure through the galvanic substitution process.
10 : 기판
20 : 메타물질 구조체
30 : 갈바닉 치환한 메타물질 구조체
40 : 치환 용액
200 : 금속 박막 기반 메타물질 구조체
300 : 갈바닉 치환된 제2금속
310 : 갈바닉 치환으로 이중 치환된 제3금속
400 : 금속 나노입자 기반 메타물질 구조체
500 : 금속 나노입자 형태의 제1금속10: substrate
20 meta-structure
30: galvanic substituted metamaterial structure
40: substitution solution
200: metal thin film based metamaterial structure
300: galvanic substituted second metal
310: third metal double substituted by galvanic substitution
400: metal nanoparticle-based metamaterial structure
500: the first metal in the form of metal nanoparticles
Claims (17)
상기 제1금속의 외면에서 갈바닉 치환된 제2금속;
상기 제2금속 내지 제n-1금속 각각의 외면에서 갈바닉 치환된 제3 내지 제n금속; 및
상기 제2금속 내지 제n금속으로 구성된 코팅층;을 포함하며,
상기 제1 내지 제n금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체:
(단, n은 4 또는 5).
A first metal composed of a nanopattern;
A second metal galvanic substituted on the outer surface of the first metal;
Third to n-th metals galvanic substituted on the outer surfaces of the second to n-th metals; And
It includes; the coating layer consisting of the second metal to the n-th metal;
The first to n-th metals are each independently selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr) or lead (Pb) A metamaterial structure comprising at least one metal:
(N is 4 or 5).
상기 제2금속은 상기 제1금속보다 환원전위가 높고, 상기 제n금속은 상기 제n-1금속보다 환원전위가 높은 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체.
The method of claim 1,
The second metal has a reduction potential higher than that of the first metal, and the n-th metal has a reduction potential higher than that of the n-th metal.
상기 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체.
The method of claim 2,
Meta-material structure, characterized in that the thickness of the coating layer is more than 1nm 200nm.
상기 제1금속과 치환된 상기 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체.
The method of claim 3,
A metamaterial structure, characterized in that the atomic content ratio of the second metal substituted with the first metal is 10: 1 or more and 10: 8 or less.
(제1단계) 기판을 준비하는 단계;
(제2단계) 상기 기판 상에 제1금속을 금속 박막으로 나노패터닝하는 단계;
(제3단계) 상기 기판 및 제1금속을, 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입시키는 단계;
(제4단계) 상기 제1금속의 외면이 상기 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 제2금속 내지 제n-1금속 각각의 외면이 제3금속 내지 제n금속으로 갈바닉 치환되어 제3 내지 제n금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 내지 제n금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하고,
상기 나노패터닝은 전자빔 리소그래피, 가열식 임프린팅, UV 임프린팅, 미세접촉프린팅, 미세전사법, 광 스탬프, 모세관 힘 리소그래피, 모세관-미세몰딩, 미세전사몰딩, 나노 임프린팅, 액체중재전사몰딩, 화학적 증기 증착법, 물리적 증기 증착법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법:
(단, n은 4 또는 5).
In the meta-material structure manufacturing method,
(First step) preparing a substrate;
(Second step) nanopatterning the first metal into a metal thin film on the substrate;
(Third step) immersing the substrate and the first metal in an aqueous solution containing the second metal;
(Step 4) forming a coating layer composed of a second metal by galvanic substitution of the outer surface of the first metal with the second metal; And
And an outer surface of each of the second metal to n-th metal to be galvanically substituted with the third metal to the n-th metal to form a coating layer composed of the third to n-th metals.
The first to n-th metals are each independently selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr) or lead (Pb) One or more metals,
The nano-patterning is electron beam lithography, heated imprinting, UV imprinting, microcontact printing, microtransfer method, light stamp, capillary force lithography, capillary-micromolding, microtransfer molding, nanoimprinting, liquid-mediated transfer molding, chemical vapor Method for producing a metamaterial structure, characterized in that carried out by a method selected from the group consisting of vapor deposition, physical vapor deposition and combinations thereof:
(N is 4 or 5).
상기 제2금속을 포함하는 수용액의 온도가 60℃ 이상 100℃ 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 6,
Method for producing a meta-material structure, characterized in that the temperature of the aqueous solution containing the second metal is more than 60 ℃ 100 ℃.
상기 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Meta-material structure manufacturing method characterized in that the thickness of the coating layer is more than 1nm 200nm.
상기 금속 박막의 제1금속과 상기 갈바닉 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 8,
Method for producing a meta-material structure, characterized in that the atomic content ratio of the first metal and the galvanic substituted second metal of the metal thin film is 10: 1 or more and 10: 8 or less.
(제1단계) 기판을 준비하는 단계;
(제2단계) 상기 기판 상에 제1금속을 적어도 하나 이상인 금속 나노입자로 나노패터닝하는 단계;
(제3단계) 상기 기판 및 제1금속을, 제2금속을 포함하는 수용액에 잠입시키는 단계;
(제4단계) 상기 제1금속의 외면이 상기 제2금속으로 갈바닉 치환되어 제2금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 제2금속 내지 제n-1금속 각각의 외면이 제3 내지 제n금속으로 갈바닉 치환되어 제3 내지 제n금속으로 구성된 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 제1 내지 제n금속은 각각 독립적으로 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하고,
상기 나노패터닝은 전자빔 리소그래피, 가열식 임프린팅, UV 임프린팅, 미세접촉프린팅, 미세전사법, 광 스탬프, 모세관 힘 리소그래피, 모세관-미세몰딩, 미세전사몰딩, 나노 임프린팅, 액체중재전사몰딩, 화학적 증기 증착법, 물리적 증기 증착법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법:
(단, n은 4 또는 5).
In the meta-material structure manufacturing method,
(First step) preparing a substrate;
(Second step) nanopatterning the first metal on the substrate with at least one metal nanoparticle;
(Third step) immersing the substrate and the first metal in an aqueous solution containing the second metal;
(Step 4) forming a coating layer composed of a second metal by galvanic substitution of the outer surface of the first metal with the second metal; And
An outer surface of each of the second metal to n-th metal is galvanic substituted with a third to n-th metal to form a coating layer composed of third to n-th metals; Including;
The first to n-th metals are each independently selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr) or lead (Pb) One or more metals,
The nano-patterning is electron beam lithography, heated imprinting, UV imprinting, microcontact printing, microtransfer method, light stamp, capillary force lithography, capillary-micromolding, microtransfer molding, nanoimprinting, liquid-mediated transfer molding, chemical vapor Method for producing a metamaterial structure, characterized in that carried out by a method selected from the group consisting of vapor deposition, physical vapor deposition and combinations thereof:
(N is 4 or 5).
상기 제2단계 이후에,
상기 금속 나노입자를 열적으로 소결하여 금속 나노입자 간 커플링시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 11,
After the second step,
And thermally sintering the metal nanoparticles to couple between the metal nanoparticles.
The method of claim 12, wherein the temperature of the aqueous solution containing the second metal is 60 ° C. or more and 100 ° C. or less.
상기 코팅층의 두께가 1nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 14,
Meta-material structure manufacturing method characterized in that the thickness of the coating layer is more than 1nm 200nm.
상기 금속 나노입자의 제1금속과 상기 갈바닉 치환된 제2금속의 원자함량비가 10:1 이상 10:8 이하인 것을 특징으로 하는 메타물질 구조체 제조방법.
The method of claim 15,
Method for producing a meta-material structure, characterized in that the atomic content ratio of the first metal of the metal nanoparticles and the galvanic substituted second metal is 10: 1 or more and 10: 8 or less.
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