초록 ▼

□ 연구개요
원자힘현미경(AFM) 이미지를 결정하는 탐침과 표면 사이의 접촉역학과 탐침을 이용한 분자 패터닝의 미시기작을 물리화학적으로 규명한다. AFM 이미징에서 탐침과 표면 사이에 응축되는 나노미터 크기 물 메니스커스의 구조 및 안정성을 분자수준에서 밝힌다. 탐침과 표면 사이의 거리, 습도, 온도, 탐침 및 표면의 친수성과 거칠기 등과 나노 메니스커스의 모양, 크기, 안정도 사이의 관계를 밝힌다. 메니스커스로 인한 모세관 힘을 계산하는 방법을 개발하고, 모세관 힘과 습도와의 관계를 분자수준에서 밝힌다. AFM 탐침이 움직이

□ 연구개요
원자힘현미경(AFM) 이미지를 결정하는 탐침과 표면 사이의 접촉역학과 탐침을 이용한 분자 패터닝의 미시기작을 물리화학적으로 규명한다. AFM 이미징에서 탐침과 표면 사이에 응축되는 나노미터 크기 물 메니스커스의 구조 및 안정성을 분자수준에서 밝힌다. 탐침과 표면 사이의 거리, 습도, 온도, 탐침 및 표면의 친수성과 거칠기 등과 나노 메니스커스의 모양, 크기, 안정도 사이의 관계를 밝힌다. 메니스커스로 인한 모세관 힘을 계산하는 방법을 개발하고, 모세관 힘과 습도와의 관계를 분자수준에서 밝힌다. AFM 탐침이 움직이는 경우 메니스커스의 구조 변화와 모세관 힘의 동역학 및 히스테리시스를 밝힌다.

□ 연구 목표대비 연구결과
원자힘 현미경 탐침과 표면 사이의 거리를 변화시키면서 메니스커스의 모양 및 크기 변화를 분자 시뮬레이션으로 면밀히 분석하였다. 습도, 온도, 탐침과 표면 사이의 거리, 탐침과 표면의 친수성 및 거칠기 등 에너지 및 구조적 변수들을 체계적으로 변화시키면서 메니스커스를 구성하는 물 분자들의 배치를 구하였다. 물분자들의 밀도 분포를 구하여 폭, 높이, 곡률 반경 등 구조 파라미터들을 구하였다. 밀도분포와 밀도 범함수 이론을 결합하여 탐침과 표면사이에 작용하는 모세관 힘을 계산하는 방법을 개발하였다. 모세관 힘이 습도나 탐침과 표면의 물리화학적 또는 구조적 변수들과 어떤 관계가 있는지 밝히기 위해 체계적이고 광범위한 시뮬레이션을 수행하였다. 움직이는 탐침에 의해서 메니스커스 구조가 변형되고 이에 따라 모세관 힘이 변하는 것을 실시간 동역학으로 연구하였다. 탐침을 표면으로부터 멀리했다가 다시 접근시키는 경우에 메니스커스 구조와 모세관 힘의 히스테리시스를 조사하였다. 탐침이 표면 위에서 수평으로 움직이는 경우에 대해 생길 수 있는 메니스커스 구조의 비대칭과 횡적인 모세관 힘을 계산하였다. 탐침이 움직이는 일반적인 경우에 생기는 박막 성장과 메니스커스에 대해 시뮬레이션하고 이에 대한 사실적인 시뮬레이터를 개발하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
격자기체 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 발수성 탐침과 표면사이에서 발생하는 건조 전이를 분자 차원에서 밝혔다. 특히 발수성 탐침과 표면의 곡률과 거칠기가 건조전이와 모세관 힘에 미치는 영향을 체계적으로 밝혔다. 메니스커스의 열적 안정성과 분자 구조를 탐침의 크기 및 모양, 거칠기를 변화시키면서 체계적으로 연구하였다. 몬테카를로 시뮬레이션과 열역학 적분법을 이용하여 모세관힘 및 당김힘을 계산하는 방법을 개발하였다. 격자 볼츠만 방법을 이용하여 친수성 탐침과 표면 사이에 생기는 물 메니스커스의 구조를 연구하였다. 다양한 모양의 탐침에 대해 메니스커스의 모양과 거동을 연구하는 방법을 개발하였다. 이러한 격자 볼츠만 방법은 몬테카를로 방법으로 구현할 수 없는 거대한 시스템에 적용될 수 있는 가능성을 보여 주었다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 38