[논문]초음파성형을 이용한 폴리에틸렌 나노 마이크로 구조물의 복제

이치훈; 유현우; 신보성; 고종수

doi:10.3795/ksme-a.2009.33.11.1209

초음파성형을 이용한 폴리에틸렌 나노 마이크로 구조물의 복제
Replication of Polyethylene Nano-Microstructures Using Ultrasonic Forming 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.33 no.11=no.290, 2009년, pp.1209 - 1216

이치훈 (부산대학교 기계공학부) , 유현우 (부산대학교 기계공학부) , 신보성 (부산대학교 정밀정형및금형가공연구소) , 고종수 (부산대학교 기계공학부, 부산대학교 정밀정형및금형가공연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Nano-micro hierarchical structures that nanoprotrusions were formed on the network-type microstructures were fabricated using an ultrasonic vibration forming technology. A commercial ultrasonic welding system was used to apply ultrasonic vibration energy. To evaluate the formability of ultrasonic vibration forming, nickel nano-micro hierarchical mold was fabricated and polyethylene (PE) was used as the replication material. The optimal molding time was 3.5 sec for PE nano-micro hierarchical structures. The molding process was conducted at atmospheric pressure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 나노 니켈 몰드와 나노 마이크로 복합니켈 몰드를 각각 제작하고 초음파성형 기술을 이용하여 폴리에틸렌 나노 돌기와 나노 마이크로 복합구조물을 복제한다. 니켈 몰드와 복제된 구조물을 비교함으로 최적의 공정 조건에 대해 토의한다. 또한 복제된 나노 마이크로 구조물에 탄화불소 (fluorocarbon)를 코팅해 초소수성 표면을 구현함으로써, 초음파성형의 응용 가능성을 예시하고자 한다.
니켈 몰드와 복제된 구조물을 비교함으로 최적의 공정 조건에 대해 토의한다. 또한 복제된 나노 마이크로 구조물에 탄화불소 (fluorocarbon)를 코팅해 초소수성 표면을 구현함으로써, 초음파성형의 응용 가능성을 예시하고자 한다.
몰드를 제작한 후, 초음파 성형으로 폴리머 구조물을 복제하기 때문에 본 논문에서는 몰드의 설계 치수에 대하여 중점적으로 설명한다. 몰드에 형성될나노 홈을 제작하기 위하여 포토마스크에 1 pm X 1 pm 크기의 패턴을 1 pm 간격으로 형성하였다.

제안 방법

초음파성형으로 실리콘과 유리를 직접 가공하였다.(2) Chien-Hung Lin 과 Rungshun Chen 은나노임 프린트 리소그래피와 초음파성형을 접목하여 Ultrasonic Nanoimprint Lithography(U-NIL)를 제안하였다.(3) 이 연구에서 그들은 초음파진동에너지와 양각 형상의 실리콘 몰드를 이용하여 초음파성형으로 나노 구조물의 성형이 가능한 것을 보여주었다.
그리고 나노 니켈 몰드와 나노 마이크로 복합니켈 몰드를 각각 제작하고 초음파성형 기술을 이용하여 폴리에틸렌 나노 돌기와 나노 마이크로 복합구조물을 복제한다. 니켈 몰드와 복제된 구조물을 비교함으로 최적의 공정 조건에 대해 토의한다.
나노 마이크로 몰드를 이용한 PE 복제를 위해 가진 시간을 2.5 초에서 4.5 까지 0.5 초 간격으로 증가시켰다. Fig.
나노와 마이크로 구조물의 성형 조건을 설립하고 각각의 면에서 표면의 젖음성을 비교하기 위하여 나노 구조물과 나노 마이크로 복합 구조물(이하, 나노 마이크로 구조물로 부름)을 설계하였다. Fig.
복제된 PDMS 나노 돌기의 크기는 Color 3Dlaser confocal microscope(KEYENCE VK-9710, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 시편 중앙에서 5 개의 나노 돌기를 측정하여 그 평균값을 얻었다. 복제된 PDMS 나노 돌기의 크기는 너비가 0.
3(k)). 본 실험에서는 가압력과 진동수, 진폭을 고정하고 혼을 통해 진동을 가하는 가진 시간(welding time)만을 변화시켰으며, 나노 마이크로 구조물 성형을 위해 가 진시 간을 2.5 초에서 4.5 초까지 0.5 초 간격 으로 증가시켰다. 마지막으로 성형된 폴리에틸렌 기판을 니켈 몰드로부터 분리시킨다 (Fig.
나노 몰드와 나노 마이크로 몰드는 음각 형상이기 때문에 제작된 몰드의 구조물의 형상과 크기를 직접 측정하는 것이 어렵다. 음각 형상의 나노 마이크로 구조물의 크기를 측정하기 위해 PDMS 캐스팅을 이용하였다. PDMS 캐스팅 공정은 참고문헌과 동일하다.
제작된 시편에 소수성박막을 코팅하기 위하여 심 도반응성 이 온식 각(deep reactive ion etching, DRIE) 시스템을 이용하여 1 nm 두께의 탄화불소 (fluorocarbon)를 코팅하였다. 접촉각 측정을 위하여 접촉각 측정기 (SEO phoenix series, Korea)를 이용하였다.
9(a), 9(b), 9(c)는 매끄러운 표면, 나노 돌기가 형성된 표면, 그리고 나노 마이크로 구조물이 형성된 표면을 각각 나타낸다. 제작된 시편에 소수성박막을 코팅하기 위하여 심 도반응성 이 온식 각(deep reactive ion etching, DRIE) 시스템을 이용하여 1 nm 두께의 탄화불소 (fluorocarbon)를 코팅하였다. 접촉각 측정을 위하여 접촉각 측정기 (SEO phoenix series, Korea)를 이용하였다.
초음파성형을 통해 PE 나노 돌기와 네트워크 형상의 마이크로 구조물 위에 나노 돌기가 형성된 나노 마이크로 구조물을 제작하였고, 이를 응용하여 초소수성 표면을 구현하였다. 초음파성형에서 나노 돌기와 나노 마이크로 구조물의 복제를 위한 최적의 가진 시간은 각각 1.
표면의 나노 마이크로 구조화에 따른 초소 수성으로의 표면 개질 정도를 관찰하기 위하여 세 가지 서로 다른 표면을 가진 PE 시편을 제작하였다. Fig.

대상 데이터

6 의 SEM 사진들은 PE 나노 돌기가 시편의 모든 영역에서 동일하게 복제된 것을 보여준다. PE 나노 돌기의 크기 측정을 위해 성형된 다섯 개의 시편 중앙 부분에서 각각 다섯 개의 나노 돌기의 너비와 높이를 측정하여 너비 581 nm, 높이 823 nm 의 평 균값을 얻 었다.
본 실험에서 사용된 초음파기기는 본래 초음파 융착을 목적으로 개발된 것으로 혼의 주파수와 진폭이 각각 2 kHz 와 20 pm 으로 고정 되어 있고 가진 시간만 제어할 수 있다. 나노 몰드를 이용한 PE 복제를 위해 가진시간을 0.
사용된 감광제는 AZ5214E(Clariant, Swiss)이고, (100) 방향의 6 인치 실리콘 웨이퍼(LG Siltron, Korea) 를 사용하였다. 성형재료로는 폴리에틸렌 (3A MEDES, Korea)을 사용하였으며, 니켈 몰드 제작을 위하여 니켈 전주도금 용액(DisChem, USA)을 사용하였다.
성형재료로는 폴리에틸렌 (3A MEDES, Korea)을 사용하였으며, 니켈 몰드 제작을 위하여 니켈 전주도금 용액(DisChem, USA)을 사용하였다. 산화막과 실리콘 식각액은 Buffered oxide etchant(BOE) 와 Potassium hydroxide(KOH)를 사용하였으며, 공급사는 J.T.Baker(USA)이다. 크롬식각액 (CR7SK)는 CYANTEK Corporation(USA)에서 PDMS 는 Dow Corning(SYLGARD® 184, USA)에서 각각 구입하였다.
를 사용하였다. 성형재료로는 폴리에틸렌 (3A MEDES, Korea)을 사용하였으며, 니켈 몰드 제작을 위하여 니켈 전주도금 용액(DisChem, USA)을 사용하였다. 산화막과 실리콘 식각액은 Buffered oxide etchant(BOE) 와 Potassium hydroxide(KOH)를 사용하였으며, 공급사는 J.
Baker(USA)이다. 크롬식각액 (CR7SK)는 CYANTEK Corporation(USA)에서 PDMS 는 Dow Corning(SYLGARD® 184, USA)에서 각각 구입하였다. 또한 연구에 사용된 초순수는 비저항이 18 MQ-cm 이상인 초순수를 사용하였다.

성능/효과

(2) Chien-Hung Lin 과 Rungshun Chen 은나노임 프린트 리소그래피와 초음파성형을 접목하여 Ultrasonic Nanoimprint Lithography(U-NIL)를 제안하였다.(3) 이 연구에서 그들은 초음파진동에너지와 양각 형상의 실리콘 몰드를 이용하여 초음파성형으로 나노 구조물의 성형이 가능한 것을 보여주었다. Harutaka Mekaru 등은 핫엠보싱과 초음파성형을 접목하여 Ultrasonic micro hot embossing(MHE) 기술을 제안하였으며, 실리콘 몰드가 아닌 니켈 몰드를 이용하였다.
가진시간이 1 초일 때 (Fig. 5(b)), PE 나노 돌기가 성형된 것처럼 보이지만 시편 모서리의 어떤 부분은 완전하게 성형되지않았다. 가진시간이 1.
가진시간이 3 초 일 때 (Fig. 7(b)), 마이크로 구조물은 잘 성형된 것처럼 보이지만 나노 돌기는 성형되지 않았다. 가진시간이 3.

후속연구

진공 분위기를 형성하지 않고도 음각 형상의 니켈 몰드에 용융된 PE 가 빠르고 치밀하게 채워지는 현상은 초음파 진동에 의한 PE 의 빠른 용융뿐 아니라 용융된 PE 의 활발한 확산 때문이다. 초음파성형은 진공 없이 수 초안에 음각 형상의 몰드로 나노 마이크로 구조물을 복제 할 수 있으므로, 캐스팅, 엠보싱, 사출성형과 같은 여타 나노 마이크로 제작기술에 비하여 대량생산 관점에서 비교우위를 점할 수 있는 새로운 제작기술이 될 수 있다고 판단된다. 나노 마이크로 구조화된 PE 기판에 탄화불소를 코팅하여 접촉각을 측정한 결과 158° 로 측정되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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