초록 ▼

본 연구에서는 기존의 2차원 물질 및 극초박막의 기계적 물성 측정방법들의 한계를 극복하기 위한 새로운 인장시험방법 개발하였으며, 개발한 시스템을 이용하여 다양한 재료들의 기계적 특성평가를 진행하였다. 최근 에너지 및 전자기기에 널리 쓰이는 매우 얇은 나노박막 재료들의 경우 자유지지 (free-standing) 상태로 만들기가 어려워 기존 인장시험을 통한 기계적 특성 평가가 어려웠다. 이를 극복하기 위하여 표면장력이 높고 점성이 낮은 물의 표면을 나노박막이 자유롭게 움직일 수 있는 플랫폼으로 채택하여 2차원 물질 및 나노박막의 기계적

본 연구에서는 기존의 2차원 물질 및 극초박막의 기계적 물성 측정방법들의 한계를 극복하기 위한 새로운 인장시험방법 개발하였으며, 개발한 시스템을 이용하여 다양한 재료들의 기계적 특성평가를 진행하였다. 최근 에너지 및 전자기기에 널리 쓰이는 매우 얇은 나노박막 재료들의 경우 자유지지 (free-standing) 상태로 만들기가 어려워 기존 인장시험을 통한 기계적 특성 평가가 어려웠다. 이를 극복하기 위하여 표면장력이 높고 점성이 낮은 물의 표면을 나노박막이 자유롭게 움직일 수 있는 플랫폼으로 채택하여 2차원 물질 및 나노박막의 기계적 특성평가가 가능한 인장시험 시스템을 개발하였으며, 기존 방법으로는 측정이 어려웠던 박막 재료들의 기계적 특성을 평가하였다. 물 위를 자유롭게 떠다니는 소금쟁이의 원리를 착안한 이 시스템은 재료가 물 표면 위에서 손상없이 자유롭게 움직일 수 있음을 이용하여 나노박막의 조작을 용이하게 하였으며 나아가 물 표면 위에서의 인장시험을 가능하게 하였다. 주요 성과로는 인장 시험 시스템을 이용하여 유기태양전지에 사용되는 광활성층의 순수한 기계적 물성을 세계 최초로 측정하였다. 유기태양전지에 널리 사용되는 P3HT 시스템의 결정성 조절에 따른 전기적, 광학적 특성 변화를 관찰하고 동시에 기계적 특성의 변화를 체계적으로 평가하였다. 또한 기존의 고분자:단분자 구조로 주로 사용되던 유기태양전지 광활성층은 기계적 신뢰성 면에서 그 한계가 존재하였는데, 이를 극복하면서도 고효율을 유지하는 고분자:고분자 기반의 유기태양전지 광활성층을 개발하였으며 기계적 특성도 최초로 평가하였다. 다양한 박막 재료들의 인장 시험을 물 표면 위에서 가능케 하기 위해서는 재료 특성에 맞는 전사 및 분리 공정이 필수적인데, 이를 위해서는 재료들의 계면 사이에서의 정확한 접합력을 파악하여야 하며 상황에 맞게 조절할 수 있어야 한다. 인장 시험을 위한 전사 및 분리 공정 개발 과정에서 UV/ozone 처리를 통한 구리기판과 그 위에 합성된 그래핀 사이의 접합력 향상을 발견하였으며, 또한 전사 필름 위의 PEM 연료전지 전극을 물의 냉해동에 따른 접합력 변화를 통하여 순수한 전극의 분리에도 성공하였으며, 이를 물 표면 위에서 바로 인장 시험을 진행하여 PEM 연료전지 전극의 기계적 물성을 세계 최초로측정하였다.

Abstract ▼

In this research, we have developed a novel mechanical testing system utilizing the characteristics of water. The high surface tension of water keeps the contacting objects afloat, and its low viscosity enables almost frictionless sliding on the surface. The water surface has been adopted as a nearl

In this research, we have developed a novel mechanical testing system utilizing the characteristics of water. The high surface tension of water keeps the contacting objects afloat, and its low viscosity enables almost frictionless sliding on the surface. The water surface has been adopted as a nearly ideal underlying support for free-standing ultra-thin films and the tensile testing method has been developed for the precise measurement of mechanical properties of the films. This system overcomes the limitations of existing tensile tests of thin films such as difficulties in the fabrication and handling of free-standing specimens without damages, or the accurate extraction of mechanical properties from the tensile tests of supports thin films. In this method, all specimen preparation and testing procedures are performed on the water surface resulting in easy handling and almost frictionless sliding without specimen damages or substrate effects. We further utilize van der Waals adhesion between polymer coated metal grips and specimen’s grip-sections for the damage-free gripping of an ultra-thin film specimen. By using our method, the mechanical properties of emerging energy and electronic materials including ultra-thin polymeric films and fuel cell electrodes have been investigated. Our approach can potentially be used to explore the mechanical properties of emerging 2D materials such as graphene, ultra-thin Si,metal oxides, and organic-inorganic hybrids, as well as biomembranes essentially in contact with a liquid surface.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 7
• 목차 ... 8
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1.물 표면 특성을 이용한 인장 시험 시스템 개발 ... 9
• 2.2차원 물질 및 박막의 샘플 제작 및 분리/전사 공정 개발 ... 9
• 3.다양한 2차원 물질 및 박막의 기계적 특성 평가 ... 9
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 11
• 1.물 표면을 이용한 인장 시험 시스템 ... 11
• 2.태양전지 유기박막의 기계적 물성 평가 ... 12
• 3.접합력 조절을 통한 분리/전사 공정 개발 ... 14
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
• 1.인장 시험 시스템 개발 ... 15
• 2.유기태양전지 광활성층 기계적 물성 평가 및 향상 ... 15
• (3)접합력 조절을 통한 분리/전사 공정 개발 ... 15
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 16
• 1.학문적 측면 ... 16
• 2.기술적 파급효과 ... 16
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 17
• 제7장 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 19