초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제의 목적은 2차원 나노물질의 접착 특성을 나노/메조스케일 측정법으로 알아보는 것이다. 더불어, 메조스케일 측정법으로 사용되는 기계적 박리 기술을 활용하여, 2차원 나노물질의 건식 전사 기술을 확립하고, 이를 통해 전자소자를 구현하는 것이다. 이에 따라서, 본 과제에서는 대표적인 2차원 나노물질인 그래핀과 MoS₂에 대해서 접착 특성 연구를 수행하였다. 나노인덴테이션을 이용하여 그래핀의 나노스케일 접착 특성을 알아보고, DCB(double cantilever beam) 시편을 이용

연구의 목적 및 내용
본 과제의 목적은 2차원 나노물질의 접착 특성을 나노/메조스케일 측정법으로 알아보는 것이다. 더불어, 메조스케일 측정법으로 사용되는 기계적 박리 기술을 활용하여, 2차원 나노물질의 건식 전사 기술을 확립하고, 이를 통해 전자소자를 구현하는 것이다. 이에 따라서, 본 과제에서는 대표적인 2차원 나노물질인 그래핀과 MoS₂에 대해서 접착 특성 연구를 수행하였다. 나노인덴테이션을 이용하여 그래핀의 나노스케일 접착 특성을 알아보고, DCB(double cantilever beam) 시편을 이용하여 그래핀과 MoS₂의 메조스케일 접착 특성을 측정하였다. 또한, MoS₂를 기계적 박리를 통해 건식 전사하여 FET(field-effect transistor)를 구현하였다.

연구결과
나노스케일 접착 특성 연구를 위해서 나노인덴테이션을 이용하여 SiO2 기판에 올려진 그래핀과 다이아몬드 인덴터의 접착 특성을 연구하였다. 그래핀의 층수에 따라서, 비선형 접착 거동을 실험적으로 측정하고, 유한요소법을 이용하여 해석함으로써, 나노스케일에서의 그래핀의 접착 거동을 연구하였다. 또한, 그래핀 멤브레인 구조를 통해 그래핀 멤브레인과 SiO₂ 팁 사이의 상호작용력을 측정하였다.
메조스케일 접착 특성 연구는 DCB(double cantilever beam) 구조를 제작하고 인장 시험 및 웻지 기법을 이용하여 수행하였다. 그래핀/실리콘, 그래핀/구리포일, MoS₂/SiO₂ 시료에 대해서 계면에서의 접착에너지, traction-separation 관계 등에 대한 결과를 얻을 수 있었다.
기계적 박리를 건식 전사 기술로 발전시켜, 그래핀을 구리포일에서, MoS₂를 SiO₂ 기판에서 성공적으로 폴리머 기판에 전사하였으며, MoS₂에 대해서는 FET 소자를 제작하여 특성을 평가하였다.

연구결과의 활용계획
본 과제에서 사용한 나노/메조스케일 접착 특성 측정 기술은 다른 박막이나 2차원 나노물질의 접착 특성 연구에 활용될 수 있다. 이를 통해, 기존에 알려지지 않은 새로운 접착 특성에 대한 연구를 진행할 수 있을 것이다.
2차원 나노물질은 매우 얇고, 다양한 물리적 물성이 매우 우수하여, 미래의 스트레쳐블(stretchable) 전자 소자로 활용될 것으로 기대되는데, 본 연구에서 확보한 접착 특성 결과는 미래 전자 소자의 기계적 신뢰성 확보에 중요한 기초 기술로 활용될 수 있을 것이다.
더불어, 본 연구에서 사용한 건식 전사 기술은 앞으로 2차원 나노물질을 이용한 소자 제작시에 활용이 가능할 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
We propose to study nonlinear adhesion properties of 2D (two-dimensional) nanomaterials including graphene and MoS₂. Using the state-of-the-art nanoindentation tool, we propose to measure the adhesion properties between the indenter and 2D nanomaterials at nanoscale.

Purpose& contents
We propose to study nonlinear adhesion properties of 2D (two-dimensional) nanomaterials including graphene and MoS₂. Using the state-of-the-art nanoindentation tool, we propose to measure the adhesion properties between the indenter and 2D nanomaterials at nanoscale. Furthermore, large-area 2D nanomaterials will be delaminated from substrates using mesoscale tensile tests. Using the dry transfer technique, we propose to develop a flexible electronic device such as a field-effect transistor.

Result
1. Nanoscale measurements of adhesion properties of graphene
(1) Nanoindentation on 1-, 2-, and 3-layer graphene on SiO₂
(2) Force-displacement curves for interactions of graphene with an indenter
(3) Observation of wetting transparency of graphene
(4) Finite element analysis
2. Mesoscale measurements of adhesion properties of graphene
(1) Mode I fracture tests using double cantilever beam specimen
(2) Successful separation of graphene from silicon and copper foils
(3) Adhesion energy and traction separation relations of graphene
3. Mesoscale measurements of adhesion properties of MoS₂
(1) Mode 1 fracture tests using double cantilever beam specimen
(2) Successful separation of MoS₂ from silicon and copper foils
(3) Adhesion energy and traction separation relations of MoS₂
4. Dry transfer of graphene and MoS₂
(1) Utilization of mesoscale adhesion tests for dry transfer
(2) Successful delamination of graphene and MoS2 from underlying substrates
5. MoS₂ FET devices fabricated by the dry transfer
(1) Dray transfer of monolayer MoS2 onto polymer substrates
(2) Fabrication and tests of top-gated FETs using ionic liquid

Expected Contribution
Measurements techniques developed in this project can be applied to other thin films and 2D nanomaterials, which can provide detailed information on adhesion properties such as adhesion energy and traction-separation relations. Especially, we found wetting transparency effects of graphene using nanoindentation measurements. We expect that this work can be expanded to other 2D nanomaterials.
Dry transfer techniques can be used to develop flexible electronic devices made of other 2D nanomaterials. It can address many technical issues caused by wet transfer techniques.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 14
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 16
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 17
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 17
• 8. 참고문헌 ... 17
• 9. 연구성과 ... 18
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 21
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 21
• 12. 기타사항 ... 21
• 별첨1 : 대표연구성과 ... 22
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 32
• 끝페이지 ... 46