[논문]레이저 유도에 의한 그래핀 합성 및 전기/전자 소자 제조 기술

전상헌; 박로운; 정정화; 홍석원

doi:10.6117/kmeps.2021.28.1.001

레이저 유도에 의한 그래핀 합성 및 전기/전자 소자 제조 기술
Laser Fabrication of Graphene-based Materials and Their Application in Electronic Devices 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.28 no.1, 2021년, pp.1 - 12

전상헌 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) , 박로운 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) , 정정화 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) , 홍석원 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과)

초록
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본 논문에서는 레이저 유도에 의한 그래핀 합성 기술 및 이를 이용한 전기/전자 소자 제조 기술과 다양한 소자 제조 기술을 검토하였다. 최근까지 개발되고 있는 3차원 그래핀 구조 활용으로 설계된 마이크로/나노 패턴화는 효율적인 제조공정으로 인하여 많은 각광을 받고 있으며, 차세대 기판 소재로의 응용까지 다양하게 개발되고 있다. 산업에서 요구하는 실제적인 적용 연구의 예들은, 레이저의 파장대역 선택, 출력 조정 및 광 간섭 기술 응용 등의 점진적인 해결방안 논의를 통해 큰 발전 가능성을 보여주고 있다. 기존의 그래핀의 전기/전자 소자 장치로의 응용 확장성은 이미 검증된 바 있으며, 새로운 합성 방식 및 기판 적용 기술은 마이크로 패키징 기술과의 통합 운용으로, 바이오센서, 슈퍼커패시터, 다공성 전기화학 센서 등 응용분야가 매우 다양하다. 본 논문에서 소개하는 레이저 기반 그래핀 가공 기술은 가까운 미래에 휴대형 소형 전자기기 및 전자 소자에 쉽게 적용 가능하리라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Here, we introduce a laser-induced graphene synthesis technology and its applications for the electric/electronic device manufacturing process. Recently, the micro/nanopatterning technique of graphene has received great attention for the utilization of these new graphene structures, which shows progress developments at present with a variety of uses in electronic devices. Some examples of practical applications suggested a great potential for the tunable graphene synthetic manners through the control of the laser set-up, such as a selection of the wavelength, power adjustment, and optical techniques. This emerging technology has expandability to electric/electronic devices combined together with existed micro-packaging technology and can be integrated with the new processing steps to be applied for the operation in the fields of biosensors, supercapacitors, electrochemical sensors, etc. We believe that the laser-induced graphene technology introduced in this paper can be easily applied to portable small electronic devices and wearable electronics in the near future.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of advanced laser scribing fabrication technology; patterning process, electrical element manufacturing, and system configuration.^{29,42,45,47,49,46,48,49,50)}
그림 Fig. 2. (a) Fabrication process of GO film deposited on the substrate; a-i) spin coating⁵¹⁾ and a-ii) flowable self-assembly.³²⁾ (b,c) SEM micrographs of GO film according to laser beam power.⁵²⁾ (d-f) Digital and SEM micrographs of an array of rGO patterns laser scribed on a GO film coated on a flexible substrate.³²⁾
표 Table 1. Summary of various materials and applications based on LIG technology.
그림 Fig. 3. (a,b) SEM micro graphs of structure carbonized on top of PI film with different laser fluences. (c,d) Cross-sectional SEM image of a porous carbon netwaork.^53,54,55)
그림 Fig. 4. (a-c), Schematic diagram of the electrochemical thrombin detection mechanism. Measureed results according to the scan rate of PBS solution and the concentration of thrombin in serum.56) (d), Sweat sensor for metabolic and nutritional management. (e), DPV signals in raw sweat and saliva (f), samples. (g), Photographs of a healthy subject wearing the sensor patch at different body parts.⁵⁷⁾
그림 Fig. 5. (a), schematic diagram of fabrication process for laser scribing-based supercapacitor single and stack assembly.⁵⁸⁾ (b), Direct fabrication of an asymmetric supercapacitor array consisting of 9 cells in a single step. (d), Charge– discharge curves of asymmetric supercapacitor arrays connected in series.⁵⁹⁾ (e), An optical photo of a fabricated origami structure after the direct laser scribing patterning process (black color areas) on a paper substrate (white color areas) (f, g), Measured CV curves of laser converted composites for paper-based supercapacitors.⁶⁰⁾

AI 본문요약
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문제 정의

수 년간 다방면의 실험을 통해 확인된 LIG 기반 그래핀 합성을 위한 기판 소재의 다양한 적용 및 전자/전기 소자의 응용범위는 융합연구의 또 다른 전개를 예고하고 있으며, 효율적인 제조 기술 및 발전된 물리적/화학적 특성의 향상이 주된 내용으로, 마이크로 회로 기판으로의 적용 및 시스템 통합(system integration)에 이르는 발전방향 전개의 다양한 변환 기술이 예상된다.^30-33) 이와 관련된 이론적인 LIG의 형성메커니즘은 여전히 다양한 논의가 있지만, 광화학 반응 (photochemical reaction), 광열 공정 (photothermal process) 및 두 공정의 조합된 반응 기반의 이론이 주로 논의되고 있으며, 레이저 공정 변수, 화학적 도핑, 고분자 필름의 구조적 변화 및 반응 환경 제어와 같은 LIG의 특성 및 그래핀 변이 과정을 조정하기 위한 특이적 전략을 강조하고자 한다.34-36) 2차원 및 3차원의 구조를 지닌 LIG 기반 그래핀에서 더 작은 크기의 패턴 형상 및 향상된 높은 전도도를 띄는 유연한 형태 설계 방식을 포함한 좀 더 발전된 형태의 구조를 갖는 레이저 기반의 그래핀 제조 기술은 전기 소자, 광전자 응용 분야 및 바이오 분야에서 큰 연구 기회를 제공할 것으로 예상된다.
37-38) 이의 실제적인 응용 및 소재 응용 설계에 의한 응용 분야의 확장은 그래핀을 대량 생산할 수 있는 기술의 생산 현장 도입 가능성을 시사하며, 메모리 소자뿐만 아니라 발전된 응답속도를 갖는 고용량 축전기 구현 및 2차 전지 전극 응용기술 개발에도 이러한 그래핀의 새로운 특성 연구가 가능할 것으로 예상된다.^39-40) 이를 통해 최근 연구개발 동향을 파악하고 향후 기술 방향을 예측하고자 한다.
본 특집호에서는 이러한 LIG의 제조 기술, 광학계 구성 및 응용 측면에 대한 가장 최근에 국내외 연구 그룹에서 제안된 연구 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 하며, 다양한 연구 결과들을 기초로 적용 분야 확대에 관한 총설을 기술하고자 한다. 수 년간 다방면의 실험을 통해 확인된 LIG 기반 그래핀 합성을 위한 기판 소재의 다양한 적용 및 전자/전기 소자의 응용범위는 융합연구의 또 다른 전개를 예고하고 있으며, 효율적인 제조 기술 및 발전된 물리적/화학적 특성의 향상이 주된 내용으로, 마이크로 회로 기판으로의 적용 및 시스템 통합(system integration)에 이르는 발전방향 전개의 다양한 변환 기술이 예상된다.
또한, 분리된 전기화학적 셀 어레이의 직렬/병렬 연결 시 출력 전압과 전류를 모두 3 배의 성능을 보여주고 있다. 이 결과는 값싼 MnO₂ 소재가 LIG 기반 그래핀 소재와의 하이브리드 전극 구성을 통한 성능 향상을 확인하여, 실제 산업적 응용 확장에 대한 가능성을 제시하였다.
이는 레이저 빔 조사가 불균일한 분포로 조사될 경우 이에 따른 흥미로운 패턴 형상을 유도해 낼 수 있다는 점에서 주목할 만하다. 이 논문에서는 레이저 조사시 생성된 열분해 가스가 불균일 레이저 조사에 의해 양평으로 방출되어 “폭탄”효과를 일으킨다고 설명하고 있으며, 돌출된 패턴 특징과 동시에 다공성 구조를 제어할 수 있다고 기술하고 있다. 폴리이미드의 열분해 및 탄화에 대한 LIG 제조속도는 재료의한 형태로 이해할 수 있으며, 인가된 레이저 출력 값(~1.
⁴¹⁾ LIG 기술로 제조된 그래핀은 높은 비표면적 (~340 m² g⁻¹), 높은 열 안정성(900 ^oC 이상) 및 우수한 전도도 (~5-25 S cm⁻¹)를 보유하는 것으로 보고되었으며, 전체 제조공정이 다루기가 까다로운 용액공정을 사용하지 않고, 공기 중에서 적용할 수 있으므로산업적인 가치가 매우 크다. 이러한 LIG 기술은 2차원 또는 3차원 그래핀 합성과 공정 변수 전환에 의한 그래핀합성 기초 연구 분야에 관한 내용으로 기존의 그래핀 합성방식을 진 일보 시키는 단순한 제작 공정을 제공하였으며, 고성능 전기/전자 소자 개발에 이르는 응용 연구를 위한 초석을 마련하였다. Fig.
5(f)). 이러한 결과는 공간이 제한된 소형 전자 소자에 매우 적합하여 접이식 구조의 장점을 극대화할 수 있다는 가능성을 제안하였다. 종이를 기판으로 하는 전기소자의 출현으로 값싼 슈퍼커패시터의 등장은 하이브리드 타입의 나노소재 및 LIG 기반 그래핀의 응용범위 확대가 가능하므로 매우 중요한 결과로 사료된다.

제안 방법

^{56, 57)} Fig. 4(a)에서 제안한 바와 같이 바이오 분자 고정화는 1-pyrenebutyric acid (PBA)를 전기 화학적 비표면적이 증대된 소수성 LIG 전극 상에 고정시키고, 흔히 사용되는 카르복실 커플링 화학 반응을 유도하여 트롬빈 검출용 압타머(aptamer)를 공유결합으로 부착함으로써 매우 민감하고 신뢰성이 뛰어난 바이오 센서를 제조하는 기술을 제안하였다. 검출 메커니즘은 트롬빈 농도가 증가함에 따라 산화/환원 마커 인자(redox marker hexacyanoferrate (Ⅲ))가 전극 표면으로의 확산 방해 유도를 통해 전압/전류 측정에서 획득된 전류 변화에 기인하였다.
4(d)에 그 기술의 개요를 보여주고 있다.⁵⁸⁾ 마이크로 패키징 기술을 기반으로 하여 LIG 전극을 도입한 형태로, 땀 센서의 원활한 운용을 위해 신체 부착이 가능한 유연 전극 개념을 도입하여 그 기술을 입증하였다. 현재 많은 연구가 진행된 무선 통신 칩의 실장기술 도입으로 저농도의 UA 및 Tyr을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 바이오센서를 구현하였으며, 땀 샘플링을 위한 다중 입구 미세 유체 모듈 및 온도 및 호흡 속도 모니터링을 위한 다중 LIG 기반 그래핀 센서를 포함시킴으로써 성능 향상을 도모하였다.
5(b)와 같은 새로운 구조를 지닌 하이브리드 마이크로 슈퍼커패시터 설계가 보고되었다.⁶⁰⁾ 이 구조에서 양극과 음극은 3차원 구조로 교차 분리되었으며, 레이저 조사 장치가 포함된 DVD 기기를 사용하여 미리 증착 된 GO 필름에 그래핀 패턴을 직접 인쇄하여 맞물린 구조(interdigitated structure)를 지닌 LIG 마이크로 전극을 제작한 후, 슈퍼커패시터 성능 향상을 돕는 MnO₂ 나노 파티클을 LIG 미세패턴에 선택적 전기 화학 증착방법으로 진행하여 하이브리드 구조로 제작하였다. 마이크로 패턴 전극의 폭은 양극/음극 사이의 전하를 일치하도록 면밀하게 조정되었으며, 양극과 음극을 번갈아 가며 구성된 비대칭형 슈퍼커패시터의 제조 기술을 처음으로 소개하였다.
4(a)에서 제안한 바와 같이 바이오 분자 고정화는 1-pyrenebutyric acid (PBA)를 전기 화학적 비표면적이 증대된 소수성 LIG 전극 상에 고정시키고, 흔히 사용되는 카르복실 커플링 화학 반응을 유도하여 트롬빈 검출용 압타머(aptamer)를 공유결합으로 부착함으로써 매우 민감하고 신뢰성이 뛰어난 바이오 센서를 제조하는 기술을 제안하였다. 검출 메커니즘은 트롬빈 농도가 증가함에 따라 산화/환원 마커 인자(redox marker hexacyanoferrate (Ⅲ))가 전극 표면으로의 확산 방해 유도를 통해 전압/전류 측정에서 획득된 전류 변화에 기인하였다. LIG 기반 유연 전극 바이오센서는 버퍼에서 1 pM, 복합 혈청 매트릭스에서 5 pM의 매우 낮은 검출한계를 보여주었는데, 집약적인 결과는 Fig.
4 mF cm⁻²의 결과값을획득하는데 성공하였다. 또한 3차원 적층 구조의 셀이 포함된 접힌 구조를 갖는 LIG 기반 슈퍼커패시터는 병렬/ 직렬 연결로 구성되어, 단일 셀과 두개로 연결된 셀의 CV 특성을 비교하여 적층 구조가 확장될수록 단위 면적당 더 높은 커패시턴스를 획득할 수 있다는 장점을 소개하였다 (Fig. 5(f)).
그러나 최근 UV 레이저를 사용한 LIG는 낮은 파장 영역대를 이용하여 훨씬 작은 분해능까지 가능하며 ~30 µm의 가시광선 영역까지 가능하게 되었다. 레이저 입사 반경이 ~3 µm 정도인 405 nm 레이저로 폴리이미드 기판에 직접 조사하여 LIG 형성을 유도하여, 전자현미경 내부에 레이저 장착을 통해 분해능을 60% 이상 감소시키는 것을 실시간으로 측정하였다. 현재 가장 주목을 받는 연구는 유연한 전기/전자 디바이스의 레이저 시스템 프로그램화로 LIG 패터닝 공정의 유연소자 응용 기판 적용이며, 상대적으로 높은 전기 전도도(2.
⁶⁰⁾ 이 구조에서 양극과 음극은 3차원 구조로 교차 분리되었으며, 레이저 조사 장치가 포함된 DVD 기기를 사용하여 미리 증착 된 GO 필름에 그래핀 패턴을 직접 인쇄하여 맞물린 구조(interdigitated structure)를 지닌 LIG 마이크로 전극을 제작한 후, 슈퍼커패시터 성능 향상을 돕는 MnO₂ 나노 파티클을 LIG 미세패턴에 선택적 전기 화학 증착방법으로 진행하여 하이브리드 구조로 제작하였다. 마이크로 패턴 전극의 폭은 양극/음극 사이의 전하를 일치하도록 면밀하게 조정되었으며, 양극과 음극을 번갈아 가며 구성된 비대칭형 슈퍼커패시터의 제조 기술을 처음으로 소개하였다. 이러한 셀 어레이 구성은 전압 및 전류 출력을 정교하게 제어할 수 있다는 큰 장점을 지니고 있으며, 매우 조밀한 구조로 구성된 소자(Fig.
5(a)는 유연한 고체 LIG 기반 슈퍼커패시터를 제조하는 공정을 개략적으로 보여주고 있다. 이 공정은 먼저 프로그램으로 제어 가능한 CO2 레이저 시스템을 이용하여 레이저 인가를 통해 폴리이미드 고분자 표면에 다공성 그래핀을 구현한 다음 단일 LIG 슈퍼커패시터 또는 발전된 형태의 적층형 LIG 슈퍼커패시터로 조립하는 공정을 제안하고 있다.⁵⁹⁾ 높은 비표면적형성을 통한 에너지 밀도 증대 및 슈퍼캐패시터의 유연성 확보를 위한 위한 전략으로, 다결정 도메인과 3차원 기공을 지닌 다공성 그래핀 구조의 고기능성 화학적 안정성과 함께 H₂SO₄을 기반으로 하는 고체 고분자 전해질 (예: polyvinyl alcohol, PVA)을 사용하여 유연한 LIG 기반 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 제시하고 있다.
³¹⁾ 이 연구는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기판상 전면적으로 증착 된 GO 필름을 Nd:YVO₄ 기반 UV 레이저(355 nm) 환원을 유도하여, 개별 단위소자(예: 습도 센서) 또는 회로 구성에 응용하는 방식을 소개하였다. 이는 Fig. 2(e-f)의 SEM(주사전자현미경, scanning electron microscopy) 이미지로 관측하여 레이저가 조사된 rGO 패턴 영역과 패턴화 되지 않은 GO 필름의 모습을 동시에 보여줌으로써, 비표면적이 증가된 표면상 고성능 습도센서의 채널을 구현하는 방식을 소개하였다.

대상 데이터

⁶¹⁾ 특히, Mo⁵⁺의 이온을 포함하는 젤라틴 잉크를 종이 기판에 분사하는 기술을 구현함으로써 LIG의 구현으로 그래핀 전극 형성에 도움을 주는 공정을 최초로 제안하였다. 레이저는 기존의 안정된 CO₂를 이용하였으며, 종이 기판상 화학변환공정을 통해 기공구조가 내부적으로 부여된 몰리브덴 카바이드/그래핀 복합소재의 변형을 유도하는데 성공하였다. 젤라틴 잉크로 코팅된 종이 기판상 변환된 몰리브덴 카바이드/그래핀은 최적화된 전구체 용액 농도, 레이저 출력 및 스캔 속도 조정을 통해 30 Ohm에 이르는 면 저항 값을 지니며, 750회의 반복적인 기계적 접기 테스트를 통해 전기 전도도의 유지에 따른 기계적 안정성이 평가되었다.

성능/효과

왼쪽 그림을 통해 제조된 GO 용액은 기능성 강화를 위한 나노 크기의 금속(예: 은 나노 파티클) 적용을 위한 내용을 포함하고 있으며, 이를 위해 GO/금속 전구체의 혼합물을 UV-환원하여 전구체를 제조, 다기능성 GO의 전개 가능성을 소개한 바 있다.⁵¹⁾ 본 논문에서 소개된 UV 조사기술을 통한 복합재료 형성 및 DVD 디스크 표면 기판상 GO의 적용은 용매의 증발 후 바로 DVD 기기에 적용하여 환원상 그래핀(reduced graphene oxide, rGO)을 패턴 화하여 센서 등의 응용을 가능하게 하였으며, 회전하는 원반 DVD 디스크의 응용을 통해 매우 저렴하고 경제적인 GO 환원반응을 유도하는데 성공하였다. 오른쪽 그림은 물에 분산된 GO 용액을 두 개의 분리된 표면에 가두어 모세관 현상에 의한 미세 유체를 형성, 기계적으로 움직이는 스테이지를 정교하게 제어함으로써 매우 균일하게 코팅된 GO필름 형성을 소개하고 있다.
5 J cm⁻²의 임계 플루언스 (fluence)가 필요한 것으로 알려져 있는데, Fig 3(a)는 낮은 에너지로 인해 구조화된 나노 기공 구조로 형성된 초박형 폴리이미드의 탄화된 그래핀의 형상을 보여주고 있다. 53) 폴리이미드가 ~550 ^oC의 표면 온도에서 산소와 질소로 분해되어 ~700^oC에서 탄화되고 더 높은 온도에서 최종적으로 흑연화되는 과정을 보여주고 있다. 이 관측은 용융된 폴리이미드 표면에서 급속한 기화물의 배출로 고분자 유동층이 순간적으로 분해되며, LIG 공정 중 폴리이미드의 액화/고체화 과정은 3차원 다공성 섬유화로 대표되는 형상과 같이 연속적으로 발생하는 분해 결과의 유체 역학적 흐름을 보여주고 있다.
LIG 기반 전극은 물리적 저항 센서의 제작에 매우 적합한 구조적 특성을 갖추고 있으므로 온도가 상승하면 전자/포논 산란과 LIG 층 간에 귀속된 전자들의 열속도가 증가하여 전도도의 변화를 예측할 수 있어, 외부 변형에 의한 3차원 다공성 구조의 변형으로 외형 변화에 의한 센서로도 작동이 가능하다. 따라서 땀에 포함된 UA 및 Tyr 변화량 측정뿐만 아니라 다중시스템 검증에서 매우 우수한 바이오센서 성능을 보여주었으며, 통풍 모니터링을 위한 LIG 기반의 전극 적용에 관한 큰 잠재력을 확인하였다. Fig.
5(c)의 그래프는 , 단일 구성 9개의 셀로 연결된 비대칭 슈퍼커패시터 어레이의 충/방전 곡선을 보여주고 있으며, 2 V의 작동전압을 지닌 단일 셀과 비교하여 직렬 연결은 출력 전압을 6 V까지 확장 가능하며 병렬 연결 시 출력 용량은 약 3배가 증가시킬 수 있다. 또한, 분리된 전기화학적 셀 어레이의 직렬/병렬 연결 시 출력 전압과 전류를 모두 3 배의 성능을 보여주고 있다. 이 결과는 값싼 MnO₂ 소재가 LIG 기반 그래핀 소재와의 하이브리드 전극 구성을 통한 성능 향상을 확인하여, 실제 산업적 응용 확장에 대한 가능성을 제시하였다.
현재 많은 연구가 진행된 무선 통신 칩의 실장기술 도입으로 저농도의 UA 및 Tyr을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 바이오센서를 구현하였으며, 땀 샘플링을 위한 다중 입구 미세 유체 모듈 및 온도 및 호흡 속도 모니터링을 위한 다중 LIG 기반 그래핀 센서를 포함시킴으로써 성능 향상을 도모하였다. 생체 모니터링 LIG 기반 통합 시스템에서는 차동 펄스 전압전류법(differential pulse voltammetry, DPV)을 선택하여 산화 전류 피크의 진폭 측정을 기반으로 최저 수준의 UA 및 Tyr을 평가하였으며, 그 결과 Fig. 4(e-f)에서는 LIG 전극, 비정질 탄소 전극, 금 전극 및 스크린 인쇄 탄소 전극에서 얻은 땀과 타액에서 추출된 샘플의 DPV 신호감지 기능을 제시하여 향상된 LIG 전극의 바이오센서 특성을 보여주고 있다. LIG 기반 전극은 물리적 저항 센서의 제작에 매우 적합한 구조적 특성을 갖추고 있으므로 온도가 상승하면 전자/포논 산란과 LIG 층 간에 귀속된 전자들의 열속도가 증가하여 전도도의 변화를 예측할 수 있어, 외부 변형에 의한 3차원 다공성 구조의 변형으로 외형 변화에 의한 센서로도 작동이 가능하다.
이 관측은 용융된 폴리이미드 표면에서 급속한 기화물의 배출로 고분자 유동층이 순간적으로 분해되며, LIG 공정 중 폴리이미드의 액화/고체화 과정은 3차원 다공성 섬유화로 대표되는 형상과 같이 연속적으로 발생하는 분해 결과의 유체 역학적 흐름을 보여주고 있다. 이 실험에 의하면 LIG 공정 중 4단계로 분류가 가능한 역학적 움직임을 관찰하였으며, 점진적인 에너지 인가는 섬유상 구조를 가속화하면서 맨 마지막 단계에서는 탄화에 충분히 높은 유동점(~5.8 J cm⁻²)으로 섬유상이 아닌 “탄화 방울” 모양으로의 전이를 나타내었다. 이러한 탄화 방울은 탄소 나노 입자를 형성하므로 과도한 레이저 인가의 제한적 실험 조건의 회피 전략을 기술하고 있다.
⁵⁹⁾ 높은 비표면적형성을 통한 에너지 밀도 증대 및 슈퍼캐패시터의 유연성 확보를 위한 위한 전략으로, 다결정 도메인과 3차원 기공을 지닌 다공성 그래핀 구조의 고기능성 화학적 안정성과 함께 H₂SO₄을 기반으로 하는 고체 고분자 전해질 (예: polyvinyl alcohol, PVA)을 사용하여 유연한 LIG 기반 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 제시하고 있다. 이에 따라 제조된 슈퍼커패시터는 0.02 mA cm⁻²의 방전 전류 밀도에서 9 mF cm⁻² 이상의 커패시턴스를 나타내었으며, 이 결과값은 일반적인 수용액 전해질을 사용할 때의 경우보다 약 2배가량 향상된 결과를 보여주어 그 발전 가능성을 확인하였다. 특히 폴리이미드 양면에 LIG를 구성하여 적층형 구조를 구현해 냄으로써 유연 소자 기반의 고밀도 에너지 저장장치로의 응용 확대를 기대할 수 있었다.
레이저는 기존의 안정된 CO₂를 이용하였으며, 종이 기판상 화학변환공정을 통해 기공구조가 내부적으로 부여된 몰리브덴 카바이드/그래핀 복합소재의 변형을 유도하는데 성공하였다. 젤라틴 잉크로 코팅된 종이 기판상 변환된 몰리브덴 카바이드/그래핀은 최적화된 전구체 용액 농도, 레이저 출력 및 스캔 속도 조정을 통해 30 Ohm에 이르는 면 저항 값을 지니며, 750회의 반복적인 기계적 접기 테스트를 통해 전기 전도도의 유지에 따른 기계적 안정성이 평가되었다. 오리가미 기반 슈퍼커패시터 전기 소자는 일회용 및 재활용 가능한 종이 전자 장치의 실용적 응용으로써 잠재적인 가치를 지니며, 이 밖에도 전기화학 센서 및 압전 발전 소자 등 다양한 응용 분야를 제안하고 있다.
⁵⁸⁾ 마이크로 패키징 기술을 기반으로 하여 LIG 전극을 도입한 형태로, 땀 센서의 원활한 운용을 위해 신체 부착이 가능한 유연 전극 개념을 도입하여 그 기술을 입증하였다. 현재 많은 연구가 진행된 무선 통신 칩의 실장기술 도입으로 저농도의 UA 및 Tyr을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 바이오센서를 구현하였으며, 땀 샘플링을 위한 다중 입구 미세 유체 모듈 및 온도 및 호흡 속도 모니터링을 위한 다중 LIG 기반 그래핀 센서를 포함시킴으로써 성능 향상을 도모하였다. 생체 모니터링 LIG 기반 통합 시스템에서는 차동 펄스 전압전류법(differential pulse voltammetry, DPV)을 선택하여 산화 전류 피크의 진폭 측정을 기반으로 최저 수준의 UA 및 Tyr을 평가하였으며, 그 결과 Fig.

후속연구

^30-33) 이와 관련된 이론적인 LIG의 형성메커니즘은 여전히 다양한 논의가 있지만, 광화학 반응 (photochemical reaction), 광열 공정 (photothermal process) 및 두 공정의 조합된 반응 기반의 이론이 주로 논의되고 있으며, 레이저 공정 변수, 화학적 도핑, 고분자 필름의 구조적 변화 및 반응 환경 제어와 같은 LIG의 특성 및 그래핀 변이 과정을 조정하기 위한 특이적 전략을 강조하고자 한다.34-36) 2차원 및 3차원의 구조를 지닌 LIG 기반 그래핀에서 더 작은 크기의 패턴 형상 및 향상된 높은 전도도를 띄는 유연한 형태 설계 방식을 포함한 좀 더 발전된 형태의 구조를 갖는 레이저 기반의 그래핀 제조 기술은 전기 소자, 광전자 응용 분야 및 바이오 분야에서 큰 연구 기회를 제공할 것으로 예상된다. 현재 가장 각광받는 레이저 기반 그래핀 가공 기술은 폴리이미드(polyimide) 소재의 기판 적용과 바이오센서 제조 기술에 이르는 최신의 응용 분야에서 적용 중이며, 기존 화학기상증착 공정으로는 달성하기 어려운 전사(transfer printing) 과정의 생략, 플라스틱 기판상 광화학 반응 및 광열 공정에 의한 고분자 탄화에 의한 변성을 유도하여 고유한 화학적 및 물리적 특성을 그대로 보유한 그래핀의 합성에 적용되고 있다.
현재 가장 각광받는 레이저 기반 그래핀 가공 기술은 폴리이미드(polyimide) 소재의 기판 적용과 바이오센서 제조 기술에 이르는 최신의 응용 분야에서 적용 중이며, 기존 화학기상증착 공정으로는 달성하기 어려운 전사(transfer printing) 과정의 생략, 플라스틱 기판상 광화학 반응 및 광열 공정에 의한 고분자 탄화에 의한 변성을 유도하여 고유한 화학적 및 물리적 특성을 그대로 보유한 그래핀의 합성에 적용되고 있다.37-38) 이의 실제적인 응용 및 소재 응용 설계에 의한 응용 분야의 확장은 그래핀을 대량 생산할 수 있는 기술의 생산 현장 도입 가능성을 시사하며, 메모리 소자뿐만 아니라 발전된 응답속도를 갖는 고용량 축전기 구현 및 2차 전지 전극 응용기술 개발에도 이러한 그래핀의 새로운 특성 연구가 가능할 것으로 예상된다.^39-40) 이를 통해 최근 연구개발 동향을 파악하고 향후 기술 방향을 예측하고자 한다.
따라서, 다가올 미래에 실제 산업적 적용을 위해, LIG 기반 전극 제조는 개선이 필요한 큰 연구 분야로 전구체가 포함된 폴리이미드 기판의 도입, ³²⁾ PDMS와 같은 점탄성 고분자로의 고기능화 등 새로운 개념의 실험 시도가 필요할 것으로 사료된다.⁶⁵⁾본 논문에서 제안된 LIG 센서는 실제 상황에서 신뢰성을 갖춘 고안 정성/내구성을반영하지 않고 있으며 생체 내부 삽입 센서 등에 대한 연구 결과는 아직 부족한 실정이므로, ⁶⁶⁾ 이 분야에 관한 연구 논의가 지속적으로 진행된다면 LIG 기반의 다양한 형태로의 소재 전환 기술은 향후의 지속적인 연구 개발을 통해 광범위한 응용 분야에서 이용 가능할 것으로 예상된다.^{67, 68)}
포토리소그래피를 사용하지 않는 프로그램화된 패턴화 공정 및 직접 인쇄가 가능한 LIG 기반 소재기술은 소형 전기/ 전자 소자의 개발을 위한 새로운 요소 기술로 평가받고 있다. 따라서, 다가올 미래에 실제 산업적 적용을 위해, LIG 기반 전극 제조는 개선이 필요한 큰 연구 분야로 전구체가 포함된 폴리이미드 기판의 도입, ³²⁾ PDMS와 같은 점탄성 고분자로의 고기능화 등 새로운 개념의 실험 시도가 필요할 것으로 사료된다.⁶⁵⁾본 논문에서 제안된 LIG 센서는 실제 상황에서 신뢰성을 갖춘 고안 정성/내구성을반영하지 않고 있으며 생체 내부 삽입 센서 등에 대한 연구 결과는 아직 부족한 실정이므로, ⁶⁶⁾ 이 분야에 관한 연구 논의가 지속적으로 진행된다면 LIG 기반의 다양한 형태로의 소재 전환 기술은 향후의 지속적인 연구 개발을 통해 광범위한 응용 분야에서 이용 가능할 것으로 예상된다.
02 mA cm⁻²의 방전 전류 밀도에서 9 mF cm⁻² 이상의 커패시턴스를 나타내었으며, 이 결과값은 일반적인 수용액 전해질을 사용할 때의 경우보다 약 2배가량 향상된 결과를 보여주어 그 발전 가능성을 확인하였다. 특히 폴리이미드 양면에 LIG를 구성하여 적층형 구조를 구현해 냄으로써 유연 소자 기반의 고밀도 에너지 저장장치로의 응용 확대를 기대할 수 있었다. 이러한 슈퍼커패시터 제조 기술의 확장으로, Fig.

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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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