(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に付着される基材；及び
前記基材上に形成され、一定の間隔で配列されたナノ粒子を含有する光結晶層；
を含み、
前記構造物が変形した場合、前記光結晶層に含まれたナノ粒子間の間隔に変化を引き起こし、これにより変形が生じた光結晶層部分の構造色及び磁束が変化するため、これら構造色の変化または磁束の変化に基づいて前記構造物の変形の程度が測定される、構造物の変形率測定用装置。
【請求項２】
ナノ粒子は、１ｎｍ〜１０ｎｍの一定の間隔で配列されている請求項１に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項３】
ナノ粒子は、直径が５０ｎｍ〜３００ｎｍである請求項１に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項４】
ナノ粒子は、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリシロキサン、両親媒性のポリスチレン／メタアクリレートブロック共重合体及び磁性体よりなる群から選択された一つ以上である請求項１に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項５】
磁性体は、金属物質、磁性物質及び磁性合金よりなる群から選択された一つ以上である請求項４に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項６】
金属物質は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｕよりなる群から選択された一つ以上である請求項５に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項７】
磁性物質は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｍｏ、ＭＭ’２Ｏ４及びＭｘＯｙよりなる群から選択された一つ以上（ここで、Ｍ及びＭ’は、それぞれ独立して、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＧｄまたはＣｒを表し、０＜ｘ≦３、０＜ｙ≦５である）である請求項５に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項８】
磁性合金は、ＣｏＣｕ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＣｏＳｍ、ＮｉＦｅ及びＮｉＦｅＣｏよりなる群から選択された一つ以上である請求項５に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項９】
磁性体は、強磁性ナノ粒子クラスター；及び前記クラスターを囲んでいるコーティング層；を含む形態である請求項４に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１０】
コーティング層は、シリカ、ポリアルキレングリコール、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、親水性ポリアミノ酸及び親水性ビニル系高分子樹脂よりなる群から選択された一つ以上である請求項９に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１１】
光結晶層は、厚さが５μｍ〜１０μｍである請求項１に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１２】
光結晶層は、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂内にナノ粒子が一定の間隔で配列されたものである請求項１に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１３】
熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ヨウ素樹脂及びメラミン樹脂よりなる群から選択された一つ以上である請求項１２に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１４】
光硬化性樹脂は、ポリウレタンアクリレート、ポリイソプレン系アクリレートまたはそのエステル化物、テルペン系水素添加樹脂、ブタジエン重合体、ビスフェノールジアクリレート系樹脂及びポリエチレングリコールジアクリレートよりなる群から選択された一つ以上である請求項１２に記載の構造物の変形率測定用装置。
【請求項１５】
光結晶層を基材上に形成する第１工程；
前記光結晶層が形成された基材を変形測定対象構造物の表面に付着させる第２工程；及び
前記光結晶層の構造色変化または磁束変化を測定する第３工程；
を含み、
前記光結晶層は一定の間隔で配列されたナノ粒子を含有しており、
前記変形測定対象構造物が変形した場合、前記光結晶層に含まれたナノ粒子間の間隔に変化を引き起こし、これにより変形が生じた光結晶層部分の構造色及び磁束が変化するため、これら構造色の変化または磁束の変化に基づいて前記変形測定対象構造物の変形の程度が測定される、構造物の変形率測定方法。
【請求項１６】
光結晶層は、
強磁性ナノ粒子クラスター及びコーティング層前駆体を混合する第ａ工程；
前記コーティング層前駆体を使用して、強磁性ナノ粒子クラスターにコーティング層を形成する第ｂ工程；
前記コーティング層が形成された強磁性ナノ粒子クラスターと熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂とを混合する第ｃ工程；及び
前記混合物に熱または光線を加えて、光結晶層を製造する第ｄ工程；
を含む製造方法で製造された請求項１５に記載の構造物の変形率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物変形測定用装置及びそれを用いた構造物の変形測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築、土木、機械分野などによく使用される構造物は使用中に荷重により変形が生じる。このような変形は、様々な荷重間の組み合わせによって現れるが、構造物が既に受けていた荷重に対する変形の程度を測定することは、構造物の状態を判断する場合に非常に重要な根拠となる。
【０００３】
近頃は、このような構造物の変形を測定する方法に対する開発が持続的に研究されてきたが、従来には、構造物の変形を測定するために、種々の複雑な電気的な装置を導入し、変形を測定していたことから、複雑、且つ作業が煩わしいという問題があった。
【０００４】
即ち、従来の構造物の変形測定方法は、主に電気抵抗の変化を用いたフォイル形式の変形測定により構造物の変形を測定したが、このような電気装置は費用が嵩み、使用において不便、且つ複雑であったため、より簡単で、正確に構造物の変形率を測定できる変形測定方法の開発に対する必要性が大きくなりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００８−０１０４７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した技術開発の必要性を充足するためのものであり、構造物の変形率をより簡単で、正確に測定できる構造物変形測定用装置及びそれを用いた構造物の変形測定方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、基材；及び前記基材上に形成され、一定の間隔で配列されたナノ粒子を含有する光結晶層；を含む構造物の変形率測定用装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、前記の課題を解決するための別の手段として、光結晶層を基材上に形成する第１工程；前記光結晶層が形成された基材を変形測定対象構造物の表面に付着させる第２工程；及び前記光結晶層の構造色変化または磁束変化を測定する第３工程；を含む構造物の変形率測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構造物変形率測定用装置及びそれを用いた構造物の変形率測定方法によると、第一に、複雑な電気装置を使用することなく、様々な産業構造物の表面に光結晶及び／又は磁性体を含む光結晶層を均一に塗布することによって、構造物の変形をより容易、且つ簡単に確認することができるという長所がある。
【００１０】
第二に、磁性体の磁束変化により構造物の変形を正確に測定でき、補修施工の基準となる変形程度を正確に把握でき、これにより構造物の過多変形による事故の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置を製造する過程を示す模式図である。
【図２】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体の粒子間の距離変化による光学波長変化観察と電流の測定を示す。
【図３】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体を示したサイズ別の透過電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体溶液をサンプリングした後、電場をかけて整列した透過電子顕微鏡写真と走査電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体のコアサイズによる磁性ナノ粒子の磁気的強度を測定したグラフである。
【図６】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体熱中量分析法（ＴＧＡ）の結果を示したグラフである。
【図７】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体の結晶性分析のためのＸ線回折分析（ＸＲＤ）グラフである。
【図８】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体と光硬化性樹脂とが混合された形態で固形化された柔軟な光結晶写真である。
【図９】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体と光硬化性樹脂とが固形化された柔軟な光結晶に関する写真であり、ストレスを加える前の写真と加えた後の色変化写真である。
【図１０】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体と光硬化性樹脂とが固形化された柔軟な光結晶複合体にストレスを加える前、後、そして磁性敏感ナノ粒子除去後の反射光測定グラフである。
【図１１】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体と光硬化性樹脂とが固形化された柔軟な光結晶複合体にストレスを加える前と磁性敏感ナノ粒子除去後の切断面走査電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明の一態様に係る構造物の変形率測定用装置に組み込まれた磁性体と光硬化性樹脂とが固形化された柔軟な光結晶複合体に電圧を印加し、ストレスを加える前と後の電流を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、基材;及び前記基材上に形成されて、一定の間隔で配列されたナノ粒子を含有する光結晶層；を含む構造物の変形率測定用装置に関するものである。
【００１３】
以下、本発明の構造物の変形率測定用装置を詳細に説明する。
【００１４】
本発明において、前記基材は、構造物の変形測定に用いられる一般的なテープをいずれも含み、特に制限されないが、好ましくは応力に敏感な（stress-sensitive）テープを使用できる。
【００１５】
即ち、前記基材として、応力に敏感なテープを使用する場合、その片面に前記光結晶層が均一に塗布され、その他面が構造物の表面に接着されるので、構造物に変形が生じた場合、これに敏感に反応して、構造物と共に変形されることで、前記光結晶層に含まれたナノ粒子間の間隔に変化を引き起こし、これにより変形が生じた光結晶層部分の構造色及び磁束が変わるようになり、構造物の変形の程度を正確に測定することができる。
【００１６】
本発明の前記ナノ粒子において、粒子間の一定の間隔の大きさは、前記ナノ粒子が光結晶性を示す限り、特に制限されなく、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。本発明において、前記ナノ粒子間の間隔が１ｎｍ未満であれば、接着剤の役割を果たす物質（例えば、ポリエチレングリコールジアクリレート）がナノ粒子間に入ることができないので、変形が生じたとき、光結晶が壊れる現象が発生する問題があり、前記間隔が１０ｎｍを超えると、トンネル効果が限界値を外れるため、電気的信号を観察できない問題が発生することがある。
【００１７】
本明細書で使われる用語の「光結晶」とは物質の光学的な性質を利用できる構造を有しているか、構造を有するように作られた物質をいう。即ち、光結晶は一定の間隔を有した粒子の配列によって形成される。
【００１８】
本発明において、前記ナノ粒子は、その直径が特に制限されるものではなく、使用用途に応じて適宜選択できるが、好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。本発明において、前記ナノ粒子の直径が５０ｎｍ未満のとき、可視光線領域を外れて紫外線（ＵＶ）領域に進入するようになるので、肉眼で変形程度を観察することは難しくなり、前記直径が３００ｎｍを超えると、赤外線（ＩＲ）領域帯に進入するようになるので、肉眼で光の変化を観察することは難しくなる。
【００１９】
本発明において、前記光結晶性を示すナノ粒子の具体的な種類は特に限定されず、例えば、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリシロキサン、両親媒性のポリスチレン／メタアクリレートブロック共重合体及び磁性体よりなる群から選択された一つ以上であってもよい。
【００２０】
本発明において、前記ポリスチレンには、ポリアルファ（α）メチルスチレンなどが挙げられ、前記ポリ（メタ）アクリル酸エステルの具体的な種類には、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリ−１−メタシクロヘキシルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリクロロベンジルメタクリレート、ポリ−１−フェニルエチルメタクリレート、ポリ−１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、ポリジフェニルメチルメタクリレート、ポリフルフリルメタクリレート、ポリ−１−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ポリペンタクロロフェニルメタクリレート及びポリペンタブロモフェニルメタクリレートよりなる群から選択された一つ以上であってもよく、前記ポリ（メタ）アクリルアミドには、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドなどが挙げられ、前記ポリシロキサンには、ポリジメチルシロキサンなどが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００２１】
本発明において、ポリスチレンは、高分子の物性が変わるガラス転移温度が９５℃であるので、周辺温度変化に影響を受けず、汎用的に使用することができ、３２０℃〜３３０℃以上で分解能を有するので、耐久性に優れるという長所があり、構造物の変形を測定するための光結晶層に含有されるナノ粒子として好ましく用いられる。
【００２２】
本発明において、前記ポリスチレン／メタアクリレートブロック共重合体は、ポリスチレンとメチルアクリレートとを反応させて合成したものであり、強度に優れ、光結晶層に含まれた状態で構造物の表面に付着される場合、より優れた耐久性を提供することができ、ポリスチレン／メチルアクリレートブロック共重合体を加水分解反応することによって、両親媒性のポリスチレン／メチルアクリレートブロック共重合体を得ることができる。
【００２３】
本発明において、前記両親媒性のポリスチレン／メチルアクリレートブロック共重合体は、ポリスチレン１００重量部に対して、メチルアクリレート５重量部〜５０重量部を含有してもよく、好ましくはポリスチレン１００重量部に対して、メチルアクリレート１０重量部〜１２重量部を含有していてもよい。本発明において、前記メチルアクリレートが前記ポリスチレン１００重量部に対して、５重量部未満であれば、負電荷に荷電された粒子表面の斥力が低減されることによって、光結晶構造の配列が難しくなるおそれがあり、前記含量が５０重量部を超えると、鎖が長くなるので凝固現象が生じるおそれがある。
【００２４】
また、本発明において、前記ポリスチレン／メタアクリレートブロック共重合体は、重量平均分子量は特に制限されないが、好ましくは２０，０００〜３０，０００であってもよい。本発明において、前記重量平均分子量が２０，０００未満であれば、直径が５０ｎｍ以上のナノ粒子を製造することが難しく、その効率が落ちるおそれがあり、前記重量平均分子量が３０，０００を超えると、直径が３００ｎｍを超えるナノ粒子が製造されるので、やはり効用面で適しない。
【００２５】
一方、本発明において、光結晶層に含有されたナノ粒子の一種類である前記磁性体は磁性を示す粒子であればいずれも含んでいても良く、特に制限されないが、例えば、金属物質、磁性物質及び磁性合金よりなる群から選択された一つ以上であってもよい。
【００２６】
本発明の前記「磁性体」は磁気の流れを示す磁束が流れる物質であり、強磁性体はこのような磁束がよりスムーズに流れる。
【００２７】
本発明において、前記磁性体が光結晶を形成した状態で、試験電圧を印加した場合、電子のトンネル効果によりエネルギー電位差の壁を貫いて電子が移動するようになる。これを通じて電気的信号を得ることができる。
【００２８】
本発明において、前記磁束が流れる道（磁路）に電子がエネルギー電位差を克服できない程度の欠陥が生じれば、電気的信号の絶縁が発生し、一定の間隔で均一に配列された強磁性体光結晶の表面に変形が生じた場合、表層部での磁束は途絶えるようになる。
【００２９】
従って、前記変形が発生した欠陥部の空間へと漏れる磁束を測定することによって、磁束の変化量を確認することができる。即ち、一定の間隔で配列された磁性体がある変形によって間隔の変化が生じた場合、当該部分の磁束の変化量を測定することによって変形が生じた程度を正確に測定することができる。
【００３０】
従って、一定の間隔で配列された磁性体を含む光結晶層が構造物の表面に均一に付着された場合、簡単な磁力検出器などを利用して構造物の変形の程度を正確に測定できる。
【００３１】
本発明において、前記金属物質の具体的な種類は特に限定されず、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｕよりなる群から選択された一つ以上が挙げられ；前記磁性物質の具体的な種類も、また特に限定されず、例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｍｏ、ＭＭ’２Ｏ４及びＭｘＯｙ（ここで、Ｍ及びＭ’はそれぞれ独立して、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＧｄまたはＣｒを表し、０＜ｘ≦３、０＜ｙ≦５）よりなる群から選択された一つ以上が挙げられ；前記磁性合金の具体的な例には、ＣｏＣｕ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＣｏＳｍ、ＮｉＦｅ及びＮｉＦｅＣｏよりなる群から選択された一つ以上が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３２】
本発明において、前記磁性体は、強磁性ナノ粒子のクラスター及び前記クラスターを囲んでいるコーティング層を含む形態であってもよい。
【００３３】
前記磁性体がクラスター形態の集合体からなる場合、磁性効率がさらに向上され、磁束の変化を測定することがより容易になり、このようなクラスター形態の強磁性ナノ粒子に前記親水性コーティング層を形成する場合、水に分散が可能であり、一定の間隔で配列することが容易になる。
【００３４】
一方、本発明において、前記強磁性ナノ粒子は、磁性体中で特に磁性の強い物質はいずれも含んでいてもよく、特に制限されないが、例えば、鉄、マンガン及びコバルトよりなる群から選択された一つ以上であってもよい。
【００３５】
本発明において、前記強磁性ナノ粒子のクラスター形態を製造する方法は特に限定されるものではなく、例えば、下記の方法を通じて製造され得る。
【００３６】
即ち、前記強磁性ナノ粒子のクラスターは、（１）強磁性ナノ粒子を有機溶媒に溶解して、油相を製造する工程；（２）両親媒性化合物を水性溶媒に溶解して、水相を製造する工程；（３）前記油相及び水相を混合して、エマルジョンを形成する工程；及び（４）前記エマルジョンから油相を分離する工程；を含む方法で製造することができる。
【００３７】
本発明において、前記強磁性ナノ粒子を製造する方法も特に限定されなく、例えば、（ａ）溶媒の存在下に、磁性ナノ粒子シード、ナノ粒子前駆体及び有機性表面安定剤を反応させる工程；及び（ｂ）前記反応物を熱分解する工程；を含む方法で製造することができる。
【００３８】
前記工程（ａ）は有機性表面安定剤が含まれた溶媒にナノ粒子前駆体を投入し、ナノ粒子表面に有機性表面安定剤を配位させる工程である。
【００３９】
本発明において、前記工程（ａ）で用いられる溶媒は、ナノ粒子前駆体表面に有機性表面安定剤が配位された錯化合物の熱分解温度に近接する高い沸点を有することが好ましく、このような溶媒の例には、エーテル系化合物、ヘテロ環化合物、芳香族化合物、スルホキシド化合物、アミド化合物、アルコール、炭素数１〜２０の炭化水素及び水よりなる群から選択された一つ以上が挙げられる。
【００４０】
本発明において、前記溶媒の具体的な種類には、オクチルエーテル（octyl ether)、ブチルエーテル（butyl ether）、ヘキシルエーテル（hexyl ether）またはデシルエーテル（decyl ether）などのエーテル系化合物；ピリジンまたはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などのヘテロ環化合物；トルエン、キシレン、メシチレン、またはベンゼンなどの芳香族化合物；ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などのスルホキシド化合物；ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などのアミド化合物；オクチルアルコール、またはデカノールなどのアルコール；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカンまたはヘキサデカンなどの炭化水素または水が挙げられる。
【００４１】
本発明において、前記磁性ナノ粒子シードは、磁性を有するナノ粒子シードとして使用できる物質であれば、いずれも含んでいてもよく、その具体的な種類が特に限定されないが、例えば、ＦｅＰｔ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｄ及びＭｏよりなる群から選択された一つ以上が挙げられる。
【００４２】
本発明で用いられるナノ粒子前駆体の具体的な種類は特に限定されなく、その例には、金属と、−ＣＯ、−ＮＯ、−Ｃ５Ｈ５、アルコキシド（alkoxide）またはその他の公知のリガンドとが結合された金属化合物が挙げられ、具体的には、ペンタカルボニル鉄（ Ｆｅ（ＣＯ）５ ）（iron pentacarbonyl)、フェロセン（ferrocene）、またはマンガンカルボニル（Ｍｎ２（ＣＯ）１０）などの金属カルボニル系の化合物；または鉄アセチルアセトネート（Ｆｅ（ａｃａｃ）３）などの金属アセチルアセトネート系の化合物などの各種有機金属化合物が挙げられる。また、前記ナノ粒子前駆体として、金属とＣｌ−及びＮＯ３−などの公知のアニオンが結合された金属イオンを含む金属塩が挙げられ、その例には、トリクロロ化鉄（ＦｅＣｌ３）、ジクロロ化鉄（ＦｅＣｌ２）または硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）などが挙げられる。
【００４３】
もし、合金ナノ粒子及び複合ナノ粒子などを合成しようとする場合には、前記２種以上の金属のナノ粒子前駆体の混合物を用いればよい。
【００４４】
本発明の工程（ａ）で用いられる有機性表面安定剤の具体的な種類は特に限定されず、例えば、アルキルトリメチルアンモニウムハライド（alkyltrimethylammonium halide）、飽和または不飽和脂肪酸、トリアルキルホスフィンオキシド（trialkylphosphine oxide）、アルキルアミン（alkylamine）、アルキルチオール（alkyl thiol）、ナトリウムアルキルスルフェート（sodium alkyl sulfate）及びナトリウムアルキルホスフェート（sodium alkyl phosphate）よりなる群から選択された一つ以上が挙げられる。
【００４５】
本発明において、前記工程（ａ）の反応条件は特に制限されず、ナノ粒子前駆体及び表面安定剤の種類に応じて適宜調節することができる。例えば、前記反応は室温またはその以下の温度でも行うことができ、通常的には約３０〜２００℃の範囲で加熱及び維持させることが好ましい。
【００４６】
本発明において、前記工程（ｂ）は、ナノ粒子前駆体表面に有機性表面安定剤が配位された錯化合物を熱分解して、ナノ粒子を成長させる工程である。この時、反応条件に応じて均一サイズ及び形状のナノ粒子を形成することができ、前記熱分解温度は、ナノ粒子前駆体及び表面安定剤の種類に応じて適宜調節することができる。好ましくは、約５０〜５００℃で反応させることが好適である。前記工程（ｂ）で製造されたナノ粒子は公知の手段を通して分離及び精製することができる。
【００４７】
本発明において、前述した工程（ａ）及び（ｂ）を通して強磁性ナノ粒子を製造することができ、前述した工程（１）〜(４）の方法を通して強磁性ナノ粒子のクラスター形態を製造することができる。
【００４８】
本発明において、前記強磁性ナノ粒子を利用してクラスター形態を製造する前記方法の具体的な条件は特に限定されない。即ち、本発明の強磁性ナノ粒子クラスターは、クロロホルムなどのような油相；超純水などのような水相；及びポリビニルアルコールなどのような両親媒性化合物を使用し、この分野の通常のエマルジョン法を通して製造することができる。また、前記磁性ナノクラスターの製造時には、オレイン酸カリウム（potassium oleate）またはオレイン酸ナトリウム（sodium oleate）のような石鹸；エアロゾルＯＴ（aerosol OT）、コール酸塩ナトリウム（sodium cholate）またはカプリル酸ナトリウム（sodium caprylate）のようなアニオン性洗剤（anionic detergent）；塩化セチルピリジウム（cetylpyridynium chloride）、臭化アルキルトリメチルアンモニウム（alkyltrimethylammonium bromide）、塩化ベンザルコニウム（benzalkonium chloride）または臭化セチルジメチルエチルアンモニウム（cetyldimethylethylammonium bromide）のようなカチオン性洗剤；Ｎ−アルキル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニオ−１−プロパンスルフェート（N-alkyl-N,N-dimethylammonio-1-propanesulfate）またはＣＨＡＰＳのような陽性イオン性洗剤（zwitterionic detergent）；ポリオキシエチレンエステル（polyoxyethylene ester）、ポリオキシエチレンソルビタンエステル（polyoxyethylenesorbitan ester）、ソルビタンエステル（sorbitan ester）または各種のトリトン（triton）（例えば、ＴＸ−１００またはＴＸ−１１４）のような非イオン性洗剤の１種または２種以上の混合物のような適切な界面活性剤の存在下に遂行できる。このような界面活性剤は、水相と油相と間の表面張力（interfacial tension）を減少させ、エマルジョン内に分散された油相または水相が熱力学的に安定な状態で存在できるようにする。
【００４９】
本発明において、前記強磁性ナノ粒子クラスターの直径は特に限定されず、用途に応じて、適宜選択することができるが、好ましくは４０ｎｍ〜２５０ｎｍであってもよい。
【００５０】
本発明において、前述するように、前記磁性体は、強磁性ナノ粒子クラスター及び前記クラスターを囲んでいるコーティング層を含む形態であってもよく、前記親水性コーティング層でコーティングされることによって磁性体としての配列がより容易になる。
【００５１】
本発明において、前記コーティング層には、負電荷または正電荷を有し、粒子間に斥力を発生できる物質であればいずれも含んでいてもよく、その具体的な種類は特に限定されないが、例えば、シリカ、ポリアルキレングリコール、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、親水性ポリアミノ酸及び親水性ビニル系高分子樹脂よりなる群から選択された一つ以上であってもよい。
【００５２】
本発明において、前記光結晶層の厚さは特に限定されず、好ましくは５μｍ〜１０μｍであってもよい。本発明において、前記光結晶層の厚さが５μｍ未満であれば、光結晶の特性を示すだけの強度が観察できないおそれがあり、前記厚さが１０μｍを超えると、敏感度に影響を与え、光結晶の特性がなくなるおそれがある。
【００５３】
本発明において、前記光結晶層は、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂内にナノ粒子が一定の間隔で配列された形態であってもよい。
【００５４】
本発明において、前記熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂は、ナノ粒子と適切な配合を通してナノ粒子間に一定の間隔を保持できるようにし、光結晶が形成されるようにする。
【００５５】
本発明で用いられる熱硬化性樹脂の具体的な種類は特に限定されず、この分野で一般的に通用されるものを使用できる。本発明においては、具体的な例として、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ヨウ素樹脂及びメラミン樹脂などが挙げられる。
【００５６】
本発明で用いられる光硬化性樹脂の具体的な種類も、また、特に限定されず、例えば、ポリウレタンアクリレート、ポリイソプレン系アクリレートまたはそのエステル化物、テルペン系水素添加樹脂、ブタジエン重合体、ビスフェノールジアクリレート系樹脂及びポリエチレングリコールジアクリレートよりなる群から選択された一つ以上であってもよい。
【００５７】
本発明は、また光結晶層を基材上に形成する第１工程；前記光結晶層が形成された基材を変形測定対象構造物の表面に付着する第２工程；及び前記光結晶層の構造色変化または磁束変化を測定する第３工程；を含む構造物の変形率測定方法に関するものである。
【００５８】
本発明の一態様に係る構造物の変形率測定方法によると、まず、前述するように、基材表面に光結晶層形成用樹脂を塗布し、熱または光線を照射することによって基材表面に光結晶層を形成する。
【００５９】
本発明において、前記基材の具体的な種類は特に制限されず、前記基材は構造物の変形測定に使用できる一般的なテープを全て含み、構造物に付着して使用できる様々な素材であってもよい。好ましくは応力に敏感で（stress-sensitive）、付着性のあるテープが挙げられる。
【００６０】
従って、本発明に係る測定方法の第１工程では、前記光結晶層を基材上に形成することができる。
【００６１】
次いで、本発明に係る測定方法の第２工程では、前記基材を変形測定対象構造物の表面に付着できる。本明細書で使用する用語の「変形測定対象構造物」とは、変形の有無を測定しようとする対象構造物であり、建物、橋などの建築及び土木に係わる構造物や航空機、船舶などの機械構造物などであってもよい。
【００６２】
前記のように、構造物の表面に光結晶層が形成された基材を付着すれば、本発明の第３工程で前記構造物の変形によって変わる前記光結晶層の構造色変化及び磁束変化を測定し、前記構造物の変形の有無及び変形の程度を測定することができる。
【００６３】
本発明において、前記光結晶層を製造する方法は特に制限されないが、例えば、下記の方法で製造することができる。
【００６４】
本発明において、光結晶層の製造方法には、強磁性ナノ粒子クラスター及びコーティング層前駆体を混合する第ａ工程；前記コーティング層前駆体を使用して、強磁性ナノ粒子クラスターにコーティング層を形成する第ｂ工程；前記コーティング層が形成された強磁性ナノ粒子クラスターと熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂とを混合する第ｃ工程；及び前記混合物に熱または光線を加え、光結晶層を製造する第ｄ工程；を含む光結晶層製造方法が挙げられる。
【００６５】
本発明において、前記コーティング層前駆体には、シリカ、ポリアルキレングリコール、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、親水性ポリアミノ酸及び親水性ビニル系高分子樹脂よりなる群から選択された一つ以上が挙げられる。
【００６６】
以下、本発明の光結晶層製造方法の一態様に係り、コーティング層前駆体としてシリカ前駆体を使用する場合について具体的に説明する。
【００６７】
本発明の前記光結晶層製造方法において、第ａ工程は強磁性ナノ粒子クラスター及びシリカ前駆体を混合する工程であり、これにより、前記シリカ前駆体の強磁性ナノ粒子クラスターとの結合及び加水分解反応を誘導する。前記第ａ工程で、強磁性ナノ粒子クラスターは、本発明のナノ粒子の中空コア部を形成するための鋳型（template）としての役割を果たす。本発明では、このように、強磁性ナノ粒子クラスターを鋳型として使用することによって、従来に比べて大きなサイズの中空をナノ粒子の内部に形成することができ、また前記中空サイズの自由な制御が可能になるという長所を有する。
【００６８】
本発明において、前記第ａ工程は、溶媒下で前記強磁性ナノ粒子クラスター及びシリカ前駆体を混合することによって行われ、前記溶媒の具体的な種類は特に限定されず、この分野で通用される各種の水性及び有機溶媒を使用することができるが、好ましくは、水とアルコールの混合溶媒を使用することができる。
【００６９】
本発明において、前記混合溶媒中の水は添加されたシリカ前駆体の加水分解反応を進める役割を果たすが、この工程で、本発明の第ｂ工程で縮合及びゲル化反応を行うことができるヒドロキシル基がシリカ前駆体内のケイ素原子として導入されるようになる。通常、シリカ前駆体は水によく溶解されないため、アルコールのような適切な有機溶媒と混合して使用する。前記で、アルコールは水とシリカ前駆体の両者を溶解することができ、これにより、水とシリカ前駆体を均質に混合し、加水分解反応を行うことができる。このとき、水とアルコールの混合割合は特に制限されず、この分野で通常的な知識を有する者は適切な混合割合を容易に選択できる。
【００７０】
本発明において、前記第ａ工程のシリカ前駆体は、強磁性ナノ粒子クラスター上にシリカセル部を形成することができるのであれば、特に制限されないが、テトラメトキシシラン（tetramethoxy silane）またはテトラエトキシシラン（tetraethoxy silane）のようなアルコキシシランを使用することが好ましく、このうち、テトラエトキシシランを使用することがより好ましい。
【００７１】
本発明の第ａ工程では、前記アルコキシシランの使用量を調節し、目的とするセル部の厚さを制御することができる。前記使用量は、この分野で通常の知識を有する者によって適宜選択され得る。本発明の第ａ工程で、シリカ前駆体の加水分解反応を行う方法は特に限定されず、例えば、還流（reflux）条件下で撹拌する一般的な方法で遂行できる。また、本発明の第ａ工程では、酸性触媒（例えば、ＨＣｌ、ＣＨ３ＣＯＯＨ等）または塩基触媒(例えば、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨなど)などの適切な触媒を添加し、前記加水分解反応を促進することができる。
【００７２】
本発明において、前記第ｂ工程は、前記加水分解シリカ前駆体の縮合を介したゲル化反応を遂行して、強磁性ナノ粒子クラスターにシリカセル部を形成する工程であり、これにより、加水分解前駆体はクラスター表面にシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）を形成することで、縮合及びゲル化される。
【００７３】
本発明において、前記縮合反応は、脱水縮合及びアルコール縮合反応に分類され得る。脱水縮合反応では、第ａ工程の加水分解反応時に、前駆体に導入されたヒドロキシル基（ＯＨ）間の結合を通してシロキサン結合を形成しながら、水が除去される。また、アルコール縮合反応では、前記ヒドロキシル基とアルコキシ基（ＯＲ）との結合を通してシロキサン結合を形成しながら、アルコールが除去される。本発明において、前記縮合及びゲル化反応を行う方法は特に限定されず、例えば、混合物を適切な温度条件下で撹拌することによって遂行することができる。
【００７４】
本発明の第ｃ工程は、シリカセル部が形成された強磁性ナノ粒子クラスターと熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を混合する工程である。シリカ強磁性ナノ粒子クラスターと熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂との適切な配合を通して、１ｎｍ〜１０ｎｍの一定の間隔を有する磁性測定光結晶が作られるようになる。この時、強磁性ナノ粒子クラスターと熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂との混合割合を特に限定すればよく、例えば、前記混合物は熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂１００重量部に対して、前記クラスター０．０５重量部〜２０重量部を含むことができる。前記混合物が前記の含量比を外れれば、前記シリカ強磁性ナノ粒子クラスター間に形成された一定の間隔が、電流を測定するのは難しい間隔になるおそれがある。
【００７５】
本発明の第ｄ工程は、前記第ｃ工程で得られた適正混合物に熱または光線を加え、光結晶層を形成する工程である。前記の含量割合を通して得られた混合物に熱または光線を露出すると、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂が架橋現象を起こし、これにより、シリカ強磁性ナノ粒子クラスターの間隔を繋ぐ接着剤の役割を果たすことになる。
【００７６】
本発明において、前記熱意温度範囲は特に制限されず、用いられる熱硬化性樹脂に応じて適宜選択できるが、好ましくは１００℃〜２５０℃、より好ましくは１００℃〜２００℃であってもよい。
【００７７】
本発明において、前記光線の波長範囲は特に制限されないが、好ましくは３００ｎｍ〜７００ｎｍであってもよい。
【００７８】
また、前記混合物の光線露出時間は特に制限されないが、好ましくは１０秒以上であってもよい。前記光線露出時間の上限は特に限定されなく、必要に応じて調節でき、好ましくは１分以下、より好ましくは３０秒以下であってもよい。前記光線露出時間が１０秒未満であれば、前記混合物の光硬化性樹脂内で完全な光感応が起きず、硬化が進まないおそれがある。
【００７９】
添付された図２に示されるように、均一に配列された磁性体の間隔に変形が生じた場合、薄い表層部の磁束は強磁性体の表面上の空間へと漏れて行くようになる。この変形部の空間へと漏れて行く磁束が多いほど、磁束の変化を容易に観察でき、これを利用して変形測定が可能になる。
【００８０】
従って、本発明の光結晶層を含む構造物の変形率測定用装置が付着された構造物は、一部に変形が生じる場合、前記変形された部分から空間へと漏れて行く磁束の変化を観察でき、これを測定することによって簡単で、正確な変形率を測定することができる。
【００８１】
［実施例］
以下、本発明に係る実施例及び本発明に係らない比較例を通して本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲が下記に示す実施例により何ら制限されるものではない。
【実施例１】
【００８２】
下記の各工程を通して磁性敏感度も有した光結晶層を含む構造物の変形率測定用装置を製造した。添付図１に製造過程の模式図を示す。
【００８３】
（１）磁性ナノ粒子の製造
ベンジルエーテル溶媒２０ｍＬ内に、 鉄トリアセチルアセトネート０．２モル、１，２−ヘキサデカンジオール１モル、ドデシル酸０．６モル及びドデシルアミン０．６モルを添加し、次いで１５０℃で３０分間加熱した後、２９０℃で３０分間加熱し、１２ｎｍのマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を製造した。製造されたマグネタイト（磁性ナノ粒子）は、純粋のエタノールを使用して精製されており、前記精製されたマグネタイトの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図３に示す。
【００８４】
（２）強磁性ナノ粒子クラスターの製造
前記精製されたマグネタイト（磁性ナノ粒子）を使用して、油相／水相エマルジョン（O/W emulsion）方法で強磁性ナノ粒子クラスター（以下、ＭＮＣｓと称する）を製造した。具体的には、セチルトリメチルアンモニウムブロミド２００ｍｇを水相の超純水２０ｍＬに溶解し、前記製造された磁性ナノ粒子５ｍｇを油相のクロロホルムに溶解して、エマルジョンを製造した。製造されたエマルジョンを約６時間撹拌し、油相を除去し、遠心分離を３回繰り返して不純物を除去し、２００ｎｍに凝集された高感度の強磁性ナノ粒子クラスターを製造した。
【００８５】
（３）シリカがコーティングされた強磁性ナノ粒子クラスターの製造
前記製造された強磁性ナノ粒子クラスター５ｍｇが含まれた水相１ｍＬ溶液に、アルコール縮合反応のためにエタノール４ｍＬを混合した。また、前記反応の促進のために、アンモニア溶液０．１ｍＬを入れた後、テトラエチルオルトシリケート溶液６０μＬをゆっくり入れた。これを２７℃で、１２時間反応して強磁性ナノ粒子クラスターの表面にシリカコーティング層を形成した。製造されたシリカ強磁性ナノ粒子クラスターは遠心分離で分離して得た。
【００８６】
（４）シリカ強磁性ナノ粒子クラスターと光硬化性樹脂との混合
前記得られたシリカ強磁性ナノ粒子クラスターを、磁性を介して分離した後、光硬化性樹脂のポリエチレングリコールジアクリレート１００重量部に前記クラスター０．５重量部を分散した。
【００８７】
（５）シリカ強磁性ナノ粒子クラスターが含有された柔軟な光結晶層の製造
前記シリカ強磁性ナノ粒子クラスターと光硬化性樹脂との混合物を基材表面に硬化した後、厚さが１ｃｍになるように塗布し、波長が３５５ｎｍの光線を３０秒間照射し、光硬化性樹脂を硬化することによって、光結晶層を製造した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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