최근 스킨센서, 웨어러블 디바이스, 생체적용 소자 등 다양한 분야에 응용이 가능한 신축성 전자소자에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 신축성 전자소자의 제작에 있어서, 전극 물질로는 주로 금속, 탄소기반 재료, 전도성 고분자 등을 이용한다. 그 중 우수한 전기적, 기계적 특성을 갖는 ...
최근 스킨센서, 웨어러블 디바이스, 생체적용 소자 등 다양한 분야에 응용이 가능한 신축성 전자소자에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 신축성 전자소자의 제작에 있어서, 전극 물질로는 주로 금속, 탄소기반 재료, 전도성 고분자 등을 이용한다. 그 중 우수한 전기적, 기계적 특성을 갖는 탄소나노튜브는 각광받고 있는 전도성 재료 중 하나이며, 이를 신축성 전자소자에 응용하기 위한 연구가 다양한 그룹에 의해 진행되고 있다. 하지만 탄소나노튜브 자체는 신축성 기판에 비해 낮은 유연성을 갖기 때문에 신축성 소자에 적용에 있어 한계점이 존재한다. 이러한 문제점을 극복하고 다양한 신축성 전자소자분야에 응용하기 위해서는, 보다 높은 신축성을 가지는 탄소나노튜브가 요구된다. 따라서 본 연구에서는, 선형 탄소나노튜브보다 높은 스프링 탄성을 갖는 코일형 탄소나노튜브를 합성하기 위한 최적 조건을 찾고자 한다. 먼저, 기판 위에서 수직배열된 탄소나노튜브는 화학기상증착법을 이용한 페로센과 유기용매의 열분해에 의해 얻어진다. 이 때, 인듐이나 주석 혹은 질소 도핑을 위한 멜라민을 첨가하면 코일형태를 가진 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 합성된 탄소나노튜브는 신축성 전자소자로의 응용을 위해 신축성 기판으로의 전사과정을 거친다. 이 때 롤러를 사용하면 보다 간편한 방법으로 탄소나노튜브 필름을 만들 수 있으며, 이 방법은 한방향으로 배열된 상태로 눞혀진 탄소나노튜브를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 탄화된 포토레지스트 블록을 이용하여 기판 위에서 선택적으로 성장된 탄소나노튜브를 합성하고, 그 탄소나토튜브 매트를 이용하면 보다 얇고 균일하게 배열된 탄소나노튜브 필름을 얻을 수 있다. 추가적으로, 랜덤하게 배열된 탄소나노코일은 코일모양의 구조 때문에 신축성 전자소자에 응용이 가능하며, 탄소나노코일의 최적 합성 공정 조건 역시 수립하였다. Fe-Mg-Sn 촉매의 존재 하에서, 아세틸렌의 열분해에 의해 합성된 탄소나노코일은 300-700 nm 의 코일피치와 코일 지름을 가진다. 스프링 특성을 지닌 탄소나노코일, 수직배열된 코일형/직선형 탄소나노튜브를 신축성 전자소자의 제작에 적용할 경우, 높은 신축시에도 낮은 저항 증가율을 갖는 신축성 전자소자를 얻을 수 있을 것으로 예상한다.
최근 스킨센서, 웨어러블 디바이스, 생체적용 소자 등 다양한 분야에 응용이 가능한 신축성 전자소자에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 신축성 전자소자의 제작에 있어서, 전극 물질로는 주로 금속, 탄소기반 재료, 전도성 고분자 등을 이용한다. 그 중 우수한 전기적, 기계적 특성을 갖는 탄소나노튜브는 각광받고 있는 전도성 재료 중 하나이며, 이를 신축성 전자소자에 응용하기 위한 연구가 다양한 그룹에 의해 진행되고 있다. 하지만 탄소나노튜브 자체는 신축성 기판에 비해 낮은 유연성을 갖기 때문에 신축성 소자에 적용에 있어 한계점이 존재한다. 이러한 문제점을 극복하고 다양한 신축성 전자소자분야에 응용하기 위해서는, 보다 높은 신축성을 가지는 탄소나노튜브가 요구된다. 따라서 본 연구에서는, 선형 탄소나노튜브보다 높은 스프링 탄성을 갖는 코일형 탄소나노튜브를 합성하기 위한 최적 조건을 찾고자 한다. 먼저, 기판 위에서 수직배열된 탄소나노튜브는 화학기상증착법을 이용한 페로센과 유기용매의 열분해에 의해 얻어진다. 이 때, 인듐이나 주석 혹은 질소 도핑을 위한 멜라민을 첨가하면 코일형태를 가진 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 합성된 탄소나노튜브는 신축성 전자소자로의 응용을 위해 신축성 기판으로의 전사과정을 거친다. 이 때 롤러를 사용하면 보다 간편한 방법으로 탄소나노튜브 필름을 만들 수 있으며, 이 방법은 한방향으로 배열된 상태로 눞혀진 탄소나노튜브를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 탄화된 포토레지스트 블록을 이용하여 기판 위에서 선택적으로 성장된 탄소나노튜브를 합성하고, 그 탄소나토튜브 매트를 이용하면 보다 얇고 균일하게 배열된 탄소나노튜브 필름을 얻을 수 있다. 추가적으로, 랜덤하게 배열된 탄소나노코일은 코일모양의 구조 때문에 신축성 전자소자에 응용이 가능하며, 탄소나노코일의 최적 합성 공정 조건 역시 수립하였다. Fe-Mg-Sn 촉매의 존재 하에서, 아세틸렌의 열분해에 의해 합성된 탄소나노코일은 300-700 nm 의 코일피치와 코일 지름을 가진다. 스프링 특성을 지닌 탄소나노코일, 수직배열된 코일형/직선형 탄소나노튜브를 신축성 전자소자의 제작에 적용할 경우, 높은 신축시에도 낮은 저항 증가율을 갖는 신축성 전자소자를 얻을 수 있을 것으로 예상한다.
Flexible and stretchable electronics have drawn great attention due to their potential applications in various fields ranging from skin sensors and wearable devices to bio-integrated devices. Previously, electrodes of stretchable electronics were fabricated using metal, carbon-based material and con...
Flexible and stretchable electronics have drawn great attention due to their potential applications in various fields ranging from skin sensors and wearable devices to bio-integrated devices. Previously, electrodes of stretchable electronics were fabricated using metal, carbon-based material and conducting polymer, etc. Especially, CNTs have been regarded as suitable nanomaterials for the application of flexible and stretchable devices because of their superior electrical properties and mechanical performance. However, CNTs in stretchable electronics still have limitations due to their rigidity. To overcome this problem and expand CNT-based stretchable devices to wide range of applications, it would be highly desirable to make CNTs have stretchable property. In this thesis, conditions for growing coiled CNTs for the application of CNT-based stretchable electronic devices were established. It is the basic and important step to realize stretchable electronic devices with coiled CNTs. Growth of aligned coiled CNTs on substrate was carried out by pyrolysis of ferrocene with additives. Also, as a control sample, vertically aligned CNTs are also synthesized from xylene pyrolysis or pyridine with ferrocene. Then, grown aligned CNTs is transferred onto elastomeric substrate through simple process using a roller. A roller performs to compress the film and remain the alignment of tubes to “knocking down” the aligned CNTs to form a film. In addition, selectively growth aligned CNTs array on patterned substrate, which consists of carbonized photoresist, is demonstrated. It can be efficiently rolled over to form films. In addition, randomly oriented-carbon nanocoils (CNCs) with coil diameter from 300 to 700 nm have been synthesized successfully by catalyst decomposition of C2H2 using Fe-Mg-Sn catalyst film. It is found that the growth of vertically aligned coiled/straight-CNTs and randomly oriented-CNCs are greatly affected by reaction conditions. Synthesized coiled carbon materials that might be a promising material have great properties for stretchable electronics in the future.
Flexible and stretchable electronics have drawn great attention due to their potential applications in various fields ranging from skin sensors and wearable devices to bio-integrated devices. Previously, electrodes of stretchable electronics were fabricated using metal, carbon-based material and conducting polymer, etc. Especially, CNTs have been regarded as suitable nanomaterials for the application of flexible and stretchable devices because of their superior electrical properties and mechanical performance. However, CNTs in stretchable electronics still have limitations due to their rigidity. To overcome this problem and expand CNT-based stretchable devices to wide range of applications, it would be highly desirable to make CNTs have stretchable property. In this thesis, conditions for growing coiled CNTs for the application of CNT-based stretchable electronic devices were established. It is the basic and important step to realize stretchable electronic devices with coiled CNTs. Growth of aligned coiled CNTs on substrate was carried out by pyrolysis of ferrocene with additives. Also, as a control sample, vertically aligned CNTs are also synthesized from xylene pyrolysis or pyridine with ferrocene. Then, grown aligned CNTs is transferred onto elastomeric substrate through simple process using a roller. A roller performs to compress the film and remain the alignment of tubes to “knocking down” the aligned CNTs to form a film. In addition, selectively growth aligned CNTs array on patterned substrate, which consists of carbonized photoresist, is demonstrated. It can be efficiently rolled over to form films. In addition, randomly oriented-carbon nanocoils (CNCs) with coil diameter from 300 to 700 nm have been synthesized successfully by catalyst decomposition of C2H2 using Fe-Mg-Sn catalyst film. It is found that the growth of vertically aligned coiled/straight-CNTs and randomly oriented-CNCs are greatly affected by reaction conditions. Synthesized coiled carbon materials that might be a promising material have great properties for stretchable electronics in the future.
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