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고분자물질과 접촉한 자기조립단분자막 전극 물질의 기계화학 현상 분광학적 연구
Mechanochemistry on Self-Assembled Monolayer(SAM) /Electrodes after Contacting with Polymeric Stamp 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.53 no.5, 2020년, pp.265 - 270  

윤창석 (신소재화학과, 고려대학교 세종캠퍼스)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We investigated mechanochemical radical, which is concomitant with chemical lift-off lithography(CLL), on the self-assembled monolayer(SAM)/electrodes and a polydimethylsiloxane(PDMS) using a colorimetric and a spectroscopic method. The 11-mercaptoundecanol(MUO)/Au or the 11-hydroxyundecylphosphonic...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 CLL과정에서 기계화학적인 활성 (mechanochemical activation)이 일어나는지를 확인하고자 (1) Au 및 ITO 기판 위에 SAM의 형성을 전기화학적으로 확인하고, (2) SAM 기판을 활성화된 PDMS 도장과 접촉 후 분리하고, (3) 기판과 PDMS 표면의 기계화학적 라디칼의 형성을 자외-가시선 분광광도계(UV-vis spectrophotometer)를 통해 정성적으로 확인했다. UV-Vis을 이용하여 표면에 형성된 라디칼을 분석하기 위하여 radical scavenger로 잘 알려진 2,2 Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH)를 발색단으로 사용하였다.

가설 설정

  • A) Formation of radicals by breaking C-C bond (Mechanochemistry). B) Chemical Lift-Off by breaking metal-metal bond.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
측면 확산의 해결법으로 사용하는 방법은 무엇이 있는가? 그 중 많이 사용되는 마이크로 접촉 프린팅(microcontact printing)은 생체분자, 나노 물질 등 다양한 화합물의 패턴 형성에 활발히 응용되고 있으나, 분자잉크들의 측면 확산(lateral diffusion)으로 인해 수백 nm이하의 구조를 제조하는데 큰 어려움이 보고되었다. 측면 확산의 해결법으로 UCLA대학의 Weiss교수 연구진은 먼저 화합물의 자기조립단분자막(self-assembled monolayer, SAM) 필름을 제조한 후, 활성화된 주형과 접촉한 부분에 강한 공유 결합을 형성시키고 기계적 외력으로 리프트오프를 진행하는 화학적 리프트오프 리소그래피(chemical lift-off lithography, CLL)라는 방법을 소개하였다 [4]. 구체적으로 CLL공정은 (1) 산소 플라즈마 처리를 통해 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 표면에 친수성 siloxy작용기를 형성하고, (2) 말단에 hydroxyl작용기를 가진 자기조립단분자막이 형성된 금(Au) 기판을 활성화된 PDMS주형과 일정한 압력 하에서 접촉하여 자기조립단분자막의 hydroxyl 작용기와 PDMS의 siloxy 작용기 사이에 공유결합을 형성하고, 마지막으로 (4) 접촉했던 PDMS를 떼어내면 공유 결합된 분자 잉크도 같이 제거되는 과정으로 수 nm크기의 화학적 패턴을 만들 수 있다.
광식각의 선폭을 줄이는데 필요한 고비용 장비 및 복잡한 공정의 대안은 무엇이 있는가? 최근 광식각(photolithography)의 선폭을 줄이는데 필요한 고비용 장비 및 복잡한 공정의 대안으로, 탄성 고분자 소재로 제조한 주형(mold)과 유기물질을 일종의 분자 잉크(molecular ink)로 사용하는 소프트리소그래피(soft lithography)가 활발하게 연구되고 있다. [1-3].
소프트리소그래피로 많이 사용되는 마이크로 접촉 프린팅의 한계는 무엇인가? [1-3]. 그 중 많이 사용되는 마이크로 접촉 프린팅(microcontact printing)은 생체분자, 나노 물질 등 다양한 화합물의 패턴 형성에 활발히 응용되고 있으나, 분자잉크들의 측면 확산(lateral diffusion)으로 인해 수백 nm이하의 구조를 제조하는데 큰 어려움이 보고되었다. 측면 확산의 해결법으로 UCLA대학의 Weiss교수 연구진은 먼저 화합물의 자기조립단분자막(self-assembled monolayer, SAM) 필름을 제조한 후, 활성화된 주형과 접촉한 부분에 강한 공유 결합을 형성시키고 기계적 외력으로 리프트오프를 진행하는 화학적 리프트오프 리소그래피(chemical lift-off lithography, CLL)라는 방법을 소개하였다 [4].
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참고문헌 (15)

  1. B.D. Gates, Q. Xu, M. Stewart, D. Ryan, C.G. Willson, G.M. Whitesides, New Approaches to Nanofabrication: Molding, Printing, and Other Techniques, Chem. Rev. 105 (2005) 1171-1196. 

  2. Y. Xia, G.M. Whitesides, Soft Lithography, Angew. Chem. Int. Ed. 37 (1998) 550-575. 

  3. W. Shim, A.B. Braunschweig, X. Liao, J. Chai, J.K. Lim, G. Zheng, C.A. Mirkin, Hard-tip, soft-spring lithography, Nature 469 (2011) 516-520. 

  4. W.-S. Liao, S. Cheunkar, H.H. Cao, H.R. Bednar, P.S. Weiss, A.M. Andrews, Subtractive Patterning via Chemical Lift-Off Lithography, Science 337 (2012) 1517-1521. 

  5. K.M. Cheung, D.M. Stemer, C. Zhao, T.D. Young, J.N. Belling, A.M. Andrews, P.S. Weiss, Chemical Lift-Off Lithography of Metal and Semiconductor Surfaces, ACS Materials Lett. 2 (2020) 76-83. 

  6. E. Kim, K. Park, S. Hwang, Electrochemical Investigation of Chemical Lift-off Lithography on Au and ITO, Electrochim. Acta 246 (2017) 165-172. 

  7. Y.R. Luo, Comprehensive Handbook of Chemical Bond Energies, CRC Press, Boca Raton, FL2007. 

  8. J.O. Zoppe, N.C. Ataman, P. Mocny, J. Wang, J. Moraes, H.-A. Klok, Surface-Initiated Controlled Radical Polymerization: State-of-the- Art, Opportunities, and Challenges in Surface and Interface Engineering with Polymer Brushes, Chem. Rev. 117 (2017) 1105-1318. 

  9. M.K. Beyer, H. Clausen-Schaumann, Mechanochemistry: The Mechanical Activation of Covalent Bonds, Chem. Rev. 105 (2005) 2921-2948. 

  10. G. Kaupp, Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking, CrystEngComm 11 (2009) 388-403. 

  11. T. Mazur, B.A. Grzybowski, Theoretical basis for the stabilization of charges by radicals on electrified polymers, Chem. Sci. 8 (2017) 2025-2032. 

  12. B. Baytekin, H.T. Baytekin, B.A. Grzybowski, What really drives chemical reactions on contact charged surfaces?, J. Am. Chem. Soc. 134 (2012) 7223-7226. 

  13. C. Yun, S.-H. Lee, J. Ryu, K. Park, J.-W. Jang, J. Kwak, S. Hwang, Can Static Electricity on a Conductor Drive a Redox Reaction: Contact Electrification of Au by Polydimethylsiloxane, Charge Inversion in Water, and Redox Reaction, J. Am. Chem. Soc. 140 (2018) 14687-14695. 

  14. W. Brand-Williams., M.E. Cuvelier., C. Berset., Use of a Free Radical Method to Evaluate Antioxidant Activity Lebensm.-Wiss. u.-Technol. 28 (1995) 25-30. 

  15. H.T. Baytekin, B. Baytekin, S. Huda, Z. Yavuz, B.A. Grzybowski, Mechanochemical activation and patterning of an adhesive surface toward nanoparticle deposition, J. Am. Chem. Soc. 137 (2015) 1726-1729. 

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