[논문]전압인가 LBL법을 이용한 (PDDA/SiO2) 박막 제조

박종국; 경규홍; 이미재; 황종희; 임태영; 김진호

doi:10.3740/mrsk.2014.24.12.715

전압인가 LBL법을 이용한 (PDDA/SiO2) 박막 제조
Fabrication of (PDDA/SiO2) Thin Film by an Applying Voltage Layer-By-Layer Self Assembly Method 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.24 no.12, 2014년, pp.715 - 719

박종국 (한국세라믹기술원 광.디스플레이소재팀) , 경규홍 (게이오대학교 과학기술대학원) , 이미재 (한국세라믹기술원 광.디스플레이소재팀) , 황종희 (한국세라믹기술원 광.디스플레이소재팀) , 임태영 (한국세라믹기술원 광.디스플레이소재팀) , 김진호 (한국세라믹기술원 광.디스플레이소재팀)

Abstract ▼ AI-Helper

(PDDA/$SiO_2$) thin films that consisted of positively charged poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and negatively charged $SiO_2$ nanoparticles were fabricated on a glass substrate by an applying voltage layer-by-layer (LBL) self-assembly method. In this study, the microstructure and optical properties of the (PDDA/$SiO_2$) thin films coated on glass substrate were measured as a function of the applied voltage on the Pt electrodes. When 1.0 V was applied to a Pt electrode in a PDDA and $SiO_2$ solution, the thickness of the $(PDDA/SiO_2)_{10}$ thin film increased from 79 nm to 166 nm. The surface roughness also increased from 15.21 nm to 33.25 nm because the adsorption volume of the oppositely charged PDDA and $SiO_2$ solution increased. Especially, when the voltage was applied to the Pt electrode in the $SiO_2$ solution, the thickness increase of the (PDDA/$SiO_2$) thin film was larger than that obtained when using the PDDA solution. The refractive index of the fabricated (PDDA/$SiO_2$) thin film was ca. n = 1.31~1.32. The transmittance of the glass substrate coated by (PDDA/$SiO_2$)6 thin film with a thickness of 106 nm increased from ca. 91.37 to 95.74% in the visible range.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 기존의 단순 dipping 방식의 LBL법을 이용하여 SiO₂ 코팅막을 제조할 때 소요되는 장시간의 침적시간을 줄이고 PDDA와 SiO₂의 적층량을 증가시키기 위하여 기존의 전도성 기판에 직접 전압을 인가하는 방식과 달리 코팅액 bath 양쪽에 Pt 전극을 설치하고 전극에 인가되는 전압에 따라 유리기판에 형성되는 SiO₂ 박막의 물리적, 광학적 특성을 평가하였다.

제안 방법

전압인가 LBL법을 이용하여 유리 기판보다 투과율이 향상된 (PDDA/SiO₂) 반사방지 코팅막을 제조하였다. 전압이 0~2 V 인가된 조건에서 제조된 코팅막의 두께는 양전하 PDDA와 음전하 SiO₂ 용액에서의 각각의 흡착량이 증가됨에 따라 약 79 nm에서 166 nm 증가되었다.

대상 데이터

출발물질로써 양전하를 갖는 전해질 폴리머 poly(diallyl dimethyl ammonium chloride) (PDDA, 20 wt% in water, Aldrich)와 평균 입경 8~11 nm의 음전하의 제타전위를 갖는 SiO₂(Nissan chemical industries) 나노 입자를 사용하였다. 증류수를 사용하여 PDDA 용액의 농도는 10 mM, pH는 5.

이론/모형

) 코팅막의 표면구조는 field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM, Hitachi S-4700)을 이용하여 측정되었고, root mean square(RMS) 표면 거칠기 값은 atomic force microscopy(AFM; Digital Instrument Nanoscope IIIa)에 의해 측정되었다. 각각의 조건에 따라 제조된 코팅막의 두께를 측정하기 위하여 ellipsometry(ULVAC ESM-1A)를 사용하였고, 박막의 투과율 특성은 UV-VIS spectrophotometer(JASCO V-570)를 사용하여 측정하였다.
제조된 (PDDA/SiO₂) 코팅막의 표면구조는 field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM, Hitachi S-4700)을 이용하여 측정되었고, root mean square(RMS) 표면 거칠기 값은 atomic force microscopy(AFM; Digital Instrument Nanoscope IIIa)에 의해 측정되었다. 각각의 조건에 따라 제조된 코팅막의 두께를 측정하기 위하여 ellipsometry(ULVAC ESM-1A)를 사용하였고, 박막의 투과율 특성은 UV-VIS spectrophotometer(JASCO V-570)를 사용하여 측정하였다.

성능/효과

6에 나타내었다. 380 nm에서 780 nm 까지의 가시광 영역에서의 투과율을 확인한 결과, 기판의 투과율은 약 91.37 % 이며, 코팅 횟수가 n = 2, 4, 6까지 증가됨에 따라 코팅막의 투과율은 각각 92.71 %, 94.29 %, 95.74 %로 향상 되었으며, n = 8, 10인 경우에는 투과율이 93.29 %, 92.09 %로 각각 줄어들었다. 제조된 (PDDA/SiO₂)₆ 박막의 두께는 약 106 nm로 반사방지막을 제조하기 위한 이론적 두께 d= λ/4에 근접하기 때문에 투과율이 가장 높았으며, (PDDA/SiO₂)₁₀ 박막의 두께는 166 nm로 이론값보다 두껍기 때문에 표면에서의 반사율이 증가되어 투과율이 감소하는 현상을 나타내었다.
그림에서 보듯이 전압을 인가함에 따라 응집된 입자의 크기가 커지고 표면의 거칠기가 증가된 것을 보인다. 또한 PDDA 용액에 전압을 인가하여 제조한 박막 보다 SiO₂ 용액에 전압을 인가하여 제조한 박막의 거칠기가 큰 것으로 확인된다. 이것은 전압 인가에 따라 전해질 폴리머보다 SiO₂ 나노입자의 전압의 영향이 크게 작용하여 용액 속에서의 나노입자의 이동이 더 큰 것으로 판단된다.
왜냐하면, 전압을 인가함에 따라 나노입자 SiO₂의 이동도가 PDDA 보다 높기 때문에 기판에 적층되는 SiO₂의 량이 상대적으로 증가되기 때문이다. 이 결과로부터 기존 LBL 코팅법보다 전압인가에 의한 LBL 방법으로 박막을 제조할 경우, 동일한 적층 조건에서 코팅 물질의 흡착량을 향상시켜 더 두꺼운 박막을 제조할 수 있는 결과를 확인하였다. 적정 전압을 1V로 하여 PDDA와 SiO₂ 용액에 인가하여 10회 반복 코팅막 막의 두께는 전압을 인가하지 않은 경우 박막의 두께가 약 79 nm에서 약 166 nm로 향상되었다.
5는 PDDA와 SiO₂ 용액에 각각 2 V의 전압을 인가하여 제조한 박막의 표면 거칠기를 나타낸다. 전압을 인가하지 않은 박막의 표면거칠기 값은 약 15.21 nm, PDDA 용액에 전압을 인가한 박막의 표면거칠기 값은 약 26.01 nm 그리고 SiO₂ 용액에 전압을 인가한 박막의 표면거칠기 값은 약 33.25 nm 이다. 이 결과값은 Fig.
제조된 (PDDA/SiO2)6 박막의 두께는 약 106 nm로 반사방지막을 제조하기 위한 이론적 두께 d= λ/4에 근접하기 때문에 투과율이 가장 높았으며, (PDDA/SiO2)10 박막의 두께는 166 nm로 이론값보다 두껍기 때문에 표면에서의 반사율이 증가되어 투과율이 감소하는 현상을 나타내었다.
3은 (PDDA/SiO₂) 박막을 제조하기 위하여 유리기판을 PDDA 용액에 침적 시 전압을 0, 1 V, 2 V를 인가하면서 10번 반복 적층한 코팅막의 미세구조를 나타낸다. 제조된 박막의 표면 미세구조는 약 100~200 nm 정도의 응집된 입자들을 보이고 있으며 인가전압이 상승함에 따라 미세구조는 유사하지만, 표면의 거칠기가 다소 증가된 것으로 판단된다. 반면, SiO₂ 용액에 침적 시 전하를 인가하면서 제조한 코팅막의 미세구조를 Fig.
제조된 (PDDA/SiO₂)₆ 박막의 두께는 약 106 nm로 반사방지막을 제조하기 위한 이론적 두께 d= λ/4에 근접하기 때문에 투과율이 가장 높았으며, (PDDA/SiO₂)₁₀ 박막의 두께는 166 nm로 이론값보다 두껍기 때문에 표면에서의 반사율이 증가되어 투과율이 감소하는 현상을 나타내었다. 최종적으로 굴절률 n = 1.31, 막두께 106 nm의 (PDDA/SiO₂)₆ 박막이 코팅된 유리 기판의 투과율은 약 4.37 % 향상되었다.
32로 측정되었다. 코팅 횟수가 증가됨에 따라 코팅된 기판의 투과율은 증가하였고, 6회 적층한 (PDDA/SiO₂)₆ 박막의 가시광 영역(380 nm~780 nm)에서의 평균 투과율은 95.74 %로 기판의 투과율보다 약 4.37 % 증가 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기능성 박막을 제조하기 위한 습식 공정 방법으로는 어떤 것들이 있는가?	기능성 박막을 제조하기 위한 습식 공정 방법으로는 sol-gel, roll-to-roll coating, dip, spin, spray coating, liquid phase deposition(LPD)법, layer-by-layer(LBL)법 등이 있다.1-6) 이런 다양한 습식 공정법 중에 LBL법은 상온 또는 상압에서 물에 녹거나 분산되고 서로 다른 전하를 갖는 물질의 정전기력을 이용해 전해질 폴리머나 나노 입자들을 그 용액에 번갈아 침적하여 박막을 제조하는 기술로써 고진공 상태의 챔버 안에서 박막을 제조하는 기존의 sputter 및 CVD 방식을 이용한 박막제조 공정보다 간단하며 대면적 코팅에 유리하고 나노 스케일로 막 두께를 제어하기 쉬운 장점을 갖고 있다.
	기능성 박막을 제조하기 위한 습식 공정 방법 중 LBL법이란 무엇인가?	기능성 박막을 제조하기 위한 습식 공정 방법으로는 sol-gel, roll-to-roll coating, dip, spin, spray coating, liquid phase deposition(LPD)법, layer-by-layer(LBL)법 등이 있다.1-6) 이런 다양한 습식 공정법 중에 LBL법은 상온 또는 상압에서 물에 녹거나 분산되고 서로 다른 전하를 갖는 물질의 정전기력을 이용해 전해질 폴리머나 나노 입자들을 그 용액에 번갈아 침적하여 박막을 제조하는 기술로써 고진공 상태의 챔버 안에서 박막을 제조하는 기존의 sputter 및 CVD 방식을 이용한 박막제조 공정보다 간단하며 대면적 코팅에 유리하고 나노 스케일로 막 두께를 제어하기 쉬운 장점을 갖고 있다.7)
	LBL법의 장점은?	기능성 박막을 제조하기 위한 습식 공정 방법으로는 sol-gel, roll-to-roll coating, dip, spin, spray coating, liquid phase deposition(LPD)법, layer-by-layer(LBL)법 등이 있다.1-6) 이런 다양한 습식 공정법 중에 LBL법은 상온 또는 상압에서 물에 녹거나 분산되고 서로 다른 전하를 갖는 물질의 정전기력을 이용해 전해질 폴리머나 나노 입자들을 그 용액에 번갈아 침적하여 박막을 제조하는 기술로써 고진공 상태의 챔버 안에서 박막을 제조하는 기존의 sputter 및 CVD 방식을 이용한 박막제조 공정보다 간단하며 대면적 코팅에 유리하고 나노 스케일로 막 두께를 제어하기 쉬운 장점을 갖고 있다.7)

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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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