[논문]면저항 45 ohms/sq.의 ITO/PET Sheets의 변형률 속도에 따른 균열 형성 거동

김진열; 홍순익

doi:10.4313/jkem.2009.22.1.067

[국내논문] 면저항 45 ohms/sq.의 ITO/PET Sheets의 변형률 속도에 따른 균열 형성 거동
Effect of Strain Rate on the Deformation and Cracking Behaviors of ITO/PET Sheets with 45 ohms/sq. Sheet Resistance 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.22 no.1, 2009년, pp.67 - 73

Abstract ▼ AI-Helper

The stress-strain behavior and its effects on the crack initiation and growth of ITO film on PET substrate with a sheet resistance of 45 ohms/sq were investigated. Electrical resistance increased gradually at the strain of 0.7% in the elastic to plastic transition region of the stress strain curves. Numerous cracks were observed after 1% strain and the increase of the resistance can be linked to the cracking of ITO thin films. The onset strain for the increase of resistance increased with increasing strain rate, suggesting the crack initiation is dependent on the strain rate. Upon loading, the initial cracks perpendicular to the tensile axis were observed and propagated the whole sample width with increasing strain. The spacing between horizontal cracks is thought to be determined by the fracture strength and the interfacial strength between ITO and PET. The crack density increased with increasing strain. The spacing between horizontal cracks (perpendicular to the stress axis) increased with decreasing strain rate, The increase of crack density with decreasing strain rate can be attributed to the higher fraction of the plastic strain to the total strain at a given total strain. As the strain increased over 5% strain, cracks parallel to the stress axis were developed and increased in number with strain, accompanied by drastic increases of resistance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 광학적으로 투명하고 열적으로 안정화된 PET(Polyethylen Terephthalate) 필름에 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide) 가 코팅된 ITO/PET필름(Sheldahl, USA)에 인장 하중을 가하여 ITO코팅 층에 발생한 균열 거동을 연구하였다. ITO/PET필름은 면저항이 45 ohms/sq.

가설 설정

3) 균열성장 거동은 균열밀도 증가속도에 따라 세 영역으로 구분된다. Region [은 초기에 균열이 생성된 후 균열밀도가 비교적 빠르게 증가하는 구간으로, 균열이 일부 구역에서 형성되어 시편의 폭 넓이까지 발전하는 단계언 것으로 판단된다.

제안 방법

이며, ITO 코팅 층의 두께는 약 135 nm이고, PET기판의 두께는 125 um이다. ITO 코팅층의 두께는 Auger electron spectroscopy를 사용하여 표면두께에 따른 성분변화를 조사하여 결정하였다. 변형률 속도에 따른 ITO/PET필름의 변형거동 및 ITO코팅 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10以, IO: 10-4 10-5/s& 의 변형률 속도로 인장시험을 한 후 균열 형성 및 전파과정을 관찰하였다.
면저항 45 ohms/sq.룰 갖는 ITO/PET 필름에 인장 하중을 가할 때 변형률 속도예 따론 ITO/PET필름의 변형거동 및 ITO층의 균열생성 및 성장 거동과 그에 따른 저항 변화를 연구하여 다음과 같은 결론올 얻었다.
ITO 코팅층의 두께는 Auger electron spectroscopy를 사용하여 표면두께에 따른 성분변화를 조사하여 결정하였다. 변형률 속도에 따른 ITO/PET필름의 변형거동 및 ITO코팅 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10以, IO: 10-4 10-5/s& 의 변형률 속도로 인장시험을 한 후 균열 형성 및 전파과정을 관찰하였다. 인장시편은 폭 8 mm, 길이 80 mm의 크기로 절단 한 후 시험 중 저항 측정을 위해 시편의 양 끝 단에 20 mm씩 알루미늄 호일을 감아주었다.
인장시험은 United Testing Machine을 사용하였고 저항 측정은 SANWA Digital multimeter PC-500을 사용하였다. 시험 후 시편에 발생한 균열은 광학현미경 (Olympus PME3)을 사용하여 관찰하였고 일부 시편은 인장시험 중에 in situ 현미경을 사용하여 균열전파 거동을 관찰하였다.
본 연구에서는 45 ohms/sq.의 면저항을 갖는 ITO/PET 필름에 인장 하중을 가할 때 변형률 속도 및 변형률에 따른 ITO/PET필름의 변형거동 및 ITO층의 균열 거동과 그에 따른 전기적 변화를 연구하였다.

대상 데이터

ITO/PET필름은 면저항이 45 ohms/sq.이며, ITO 코팅 층의 두께는 약 135 nm이고, PET기판의 두께는 125 um이다. ITO 코팅층의 두께는 Auger electron spectroscopy를 사용하여 표면두께에 따른 성분변화를 조사하여 결정하였다.
변형률 속도에 따른 ITO/PET필름의 변형거동 및 ITO코팅 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10以, IO: 10-4 10-5/s& 의 변형률 속도로 인장시험을 한 후 균열 형성 및 전파과정을 관찰하였다. 인장시편은 폭 8 mm, 길이 80 mm의 크기로 절단 한 후 시험 중 저항 측정을 위해 시편의 양 끝 단에 20 mm씩 알루미늄 호일을 감아주었다. 그림 1과 같이 그립에 시편을 장착한 다음 시편에 저항 측정 probe를 접촉시켜 인장시험 중에 실시간으로 저항 변화 값을 얻을 수 있게 하였다.

이론/모형

그림 1과 같이 그립에 시편을 장착한 다음 시편에 저항 측정 probe를 접촉시켜 인장시험 중에 실시간으로 저항 변화 값을 얻을 수 있게 하였다. 인장시험은 United Testing Machine을 사용하였고 저항 측정은 SANWA Digital multimeter PC-500을 사용하였다. 시험 후 시편에 발생한 균열은 광학현미경 (Olympus PME3)을 사용하여 관찰하였고 일부 시편은 인장시험 중에 in situ 현미경을 사용하여 균열전파 거동을 관찰하였다.

성능/효과

필름은 ITO의 두께가 약 135 nm로 ITO코팅 층의 두께는 ITO/个ET 필름의 면 저항을 낮출 수는 있지만 낮은 변형률에서 균열이 발생하므로 응용성에서 문제점을 야기할 수 있음을 보여준다. 그림 3(a)에서 약 5.0 % 변형률까지의 저항변화율(AR/Ro) 증가속도보다 그 이상에서 저항 변화율(AIWo)이 급격하게 증가하였다. 이는 초기균열은 낮은 변형률에서 형성되어 변형률이 증가함에 따라 균열이 점차 축적되어 5.
ITO/PET필름을 7 % 변형률까지 인장했을 때 ITO코팅 층의 균열 형성 과정을 보여준다. 1 % 변형률에서는 초기 균열이 발생하여 서서히 성장하는 단계로 인장 시험 중 응력이 집중되는 부분즉, ITO코팅 층의 코팅 시 발생한 내부 결함이나 균일하지 않은 코팅 부분에서 균열이 시작 되는 것을 볼 수 있었다. 1.
1) 저항은 0.7 %정도의 낮은 변형률에서 서서히 증가하였고 저항 변화의 임계변형은 ITO/PET 필름의 비례한계에 근접하였다. 이러한 저항의 증가는 ITO의 균열형성 및 성장과 연관시킬 수 있다.
그림 5(b)에서는 균열이 끝나는 말단 부분이 사진에서 관찰되나(화살표 표시), 2 %이상에서는 균열이 연결되어 전체의 시편 폭까지 성장하게 된다. 2 %이상의 변형률에서는 균열 간의 간격이 좁아지면서 균열의 수가 점점 많아지는 것을 볼 수 있으며, 7 % 변형률까지 인장한 시편에서는 인장 축에 수평 한 균열이 발생한 것을 볼 수 있다. 이것은 5 %와 7 % 변형률 사이에서 수평 균열이 발생하기 시작한다는 것을 보여준다.
2) 균열밀도는 모든 변형률 속도에서 변형률이 증가함에 따라 증가했고, 변형률 속도가 5 빨라질수록 균열수가 감소하였다. 변형률 속도가 느려질수록 균열 간의 간격이 좁아지면서 균열의 수가 많아지는 것을 볼 수 있었다.
균열수가 감소하였다. 변형률 속도가 느려질수록 균열 간의 간격이 좁아지면서 균열의 수가 많아지는 것을 볼 수 있었다. 이러한 변형률 속도에 따룬 균열형태의 차이점은 변형률 속도에 따른 탄성, 소성 변형률의 차이로 설명될 수 있다.
따라서 변형률 속도가 낮은 경우 균열빈도가 증가하게 된다. 이러한 결과는 ITO의 균열형성 및 성장이 전체응력보다는 소성변형률 증감에 의한 국부 변형률 및 국부 집중응력에 의해 결정됨을 보여준다.
이것으로 45 아nns/sq. 필름은 0.7 %의 낮은 변형률에서 균열이 발생한다는 것을 알 수 있으며 실제로 1 % 변형률에서 표면을 관찰한 결과 균열을 발견하였다. 45 ohms/sq.

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