보고서 정보
주관연구기관 |
전북대학교 Chonbuk National University |
연구책임자 |
류시형
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-12 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800008063 |
과제고유번호 |
1345224429 |
사업명 |
일반연구자지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-19
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800008063 |
초록
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본 연구를 통해 AFM(원자현미경) 기반의 금속 나노 복합 구조물 제작 기술을 개발하였다. AFM은 원자영역의 미세 구조를 관찰하기 위한 용도로 사용되나, 본 연구에서는 금속 나노 구조를 가공하기 위한 도구로서 활용하는 기술을 개발하였다. AFM을 이용한 표면가공기술로서는 탐침을 이용하여 기계적으로 긁는 방식과 산화나노리쏘그라피(oxidation nanolithography, ONL) 방법을 이용하여 표면에 산화물을 형성하는 방식이 대표적으로 알려져 있다. 그러나, 기계적으로 표면을 긁는 방식은 특히 고경도 금속에 적용할 경우 탐침
본 연구를 통해 AFM(원자현미경) 기반의 금속 나노 복합 구조물 제작 기술을 개발하였다. AFM은 원자영역의 미세 구조를 관찰하기 위한 용도로 사용되나, 본 연구에서는 금속 나노 구조를 가공하기 위한 도구로서 활용하는 기술을 개발하였다. AFM을 이용한 표면가공기술로서는 탐침을 이용하여 기계적으로 긁는 방식과 산화나노리쏘그라피(oxidation nanolithography, ONL) 방법을 이용하여 표면에 산화물을 형성하는 방식이 대표적으로 알려져 있다. 그러나, 기계적으로 표면을 긁는 방식은 특히 고경도 금속에 적용할 경우 탐침이 쉽게 마멸되거나 파손되는 단점이 있으며, 산화나노리쏘그라피 방식은 부도체 산화물만 성장시킬 수 있는 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 방전과 전해, 기계적인 방법을 융합하여 금속 나노 구조를 쉽게 제작하는 기술을 개발하였다. 미세 액적내에서 AFM 탐침과 금속 기판 사이에 초단펄스를 인가하여 국부적인 방전 또는 전해작용을 유도하는 방식으로 나노 구조를 형성할 수 있음을 보였다. 미세 액적은 전류가 흐르는 영역을 제한하여 발생되는 기체에 의한 탐침의 흔들림을 최소화하는 작용을 하며 이를 통해 AFM 시스템에 의한 안정적인 전해작용이 가능하였다. 펄스전압, 펄스주파수, 펄스폭,오프타임전압 등 펄스 조건과 전해액의 종류 및 농도, 가공시간에 따른 전해가공 특성에 대해 연구하였다.
또한 정밀한 나노 구조를 제작하기 위한 목적으로 전해가공 해석기술을 개발하였다. 전기이중층을 포함한 전해셀을 모델링하고, 동전위 분극실험을 통해 분극저항을 유추하였으며, 상용 소프트웨어를 활용 전해과정을 해석하여 전기화학적 인자들이 전해가공에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. Bottom-up 방식으로 금속 나노 구조물을 제작하기 위하여 AFM 기반의 전해증착 기술을 개발하였다. 미세 액적 형태의 황산구리 수용액 또는 황산과 황산구리의 혼합수용액에서 전해증착의 방법을 통하여 금 표면에 구리 나노 구조물을 증착하였다. 전해가공과 유사하게 펄스 조건과 전해액의 종류, 농도를 변화시키면서 전해증착 특성을 파악하였다. 실험을 통해 원활한 전해증착을 위해서는 산 용액을 이용한 수세 등 표면전처리 과정이 중요하고, 시편의 표면거칠기 등이 전해증착 특성과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 표면이 거친 경우 첨점에 전기장이 집중되기 때문에 첨점에서 증착물의 성장이 시작될 확률이 높고 따라서 증착시키고자 하는 면의 표면거칠기를 제어함으로써 특정 영역에만 증착물을 성장시킬 수 있음을 확인하였다. 전해가공을 통해 50nm의 선폭을 갖는 미세 홈과 깊이 50 ~ 100 nm의 복합 캐비티 구조물을 가공하였으며, 전해증착을 통해 수십나노미터 선폭을 갖는 나노 선, 높이 100nm 이하의 사각 구조물과 복합 형상 등을 손쉽게 제작할 수 있음을 보였다. AFM을 기반으로 깎고, 쌓는 방식을 동시에 적용하여 금속 나노 복합 구조물을 제작한 본 연구의 결과는 재료에 상관없이 대기나 액중에서 모두 적용 가능하기 때문에, 향후 초소형 기계,항공/우주, 전기전자, 통신, 광학, 화학, 환경, 에너지, 바이오 및 메디컬 분야의 나노 부품, 소자, 센서, 액츄에이터 제작 및 시스템 개발에 크게 기여할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구를 통하여 고가의 시설과 장비, 일련의 공정들이 요구되는 마이크로/나노 가공 방법의 한계를 극복하고 응용 분야가 광범위한 기능성, 구조성 금속재를 이용한 다양한 형상의 나노 부품 및 센서, 액츄에이터들이 저가로 손쉽게 제작될 수 있을 것으로 기대한다. 전기/전자/통신 분야에서 단전자트랜지스터 등 전자 소자, 무선통신 부품, 차세대 정보저장장치, 디스플레이 부품, 양자 소자 및 컴퓨팅, 광응용 분야에서 광결정, 반도체 레이저 부품, 극미세 도파로, 광 디바이스, 초소형 정밀기계 분야에서 마이크로 로봇용 센서 및 액츄에이터, 마이크로 렌즈 및 미러, 초소형 비행체, 전자인쇄 부품, 미세 오리피스, 채널 및 노즐, 바이오 및 의료 분야에서 바이오칩, 약물 전달, 질병 진단 및 예방, 유전자 조작, 분자 밸브 및 임펠러, 초소형 생체 로봇 등을 제작하는데 본 연구 결과가 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 4p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 3
- Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
- Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
- 1. 연구과제의 개요 ... 5
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
- 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
- Ⅲ. 연구성과 ... 8
- 끝페이지 ... 9
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