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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이동원
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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초록· 키워드
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본 연구는 마이크로시스템 응용을 위한 다양한 그래핀의 기전특성에 관한 연구를 수행한 것으로 그래핀이 갖는 우수한 특성을 입증하고 다양한 분야로의 응용가능성을 제시하였다. 특히 그래핀이 발견된 이래 많은 연구가 진행되지 않은 단결정 그래핀 박막의 기전특성을 평가하고 대면적, 대량생산이 가능하며 다양한 분야로 활용이 가능한 그래핀 복합체의 제작을 통해 특성 평가를 수행하였다. 또한, 마이크로시스템으로의 응용을 위해 기존의 시스템을 활용하여 측정이 불가능한 크기가 작고 두께가 얇은 그래핀과 같은 샘플을 측정할 수 있는 새로운 형태의 4단자 탐침 시스템을 개발하였다.
단결정 그래핀을 형성하는 방법 중 간편하게 형성이 가능하고 구조적으로 우수하며 큰 결정을 제공한다는 장점 때문에 박막의 특성 연구에 널리 사용하고 있는 기계적 박리법(테이핑 방법)을 사용하여 다양한 두께를 갖는 그래핀 박막을 형성 하였다. 형성된 그래핀 박막은 스트레인 게이지로의 소재 활용 가능성을 알아보기 위해 압저항 특성 평가를 실시하였으며, 측정된 데이터를 바탕으로 게이지 상수값을 계산하였다. 또한, 대면적, 대량생산이 가능하고 다양한 장소에 활용이 가능한 그래핀 복합체 제작을 통해 압저항 특성을 분석함으로서 고감도 검출 소자로의 응용 가능성을 평가하였다. 특히, 상대적으로 넓은 영역에 안정적으로 점착할 수 있고 균일하지 않은 표면 상부에도 적용이 가능하며, 내구성이 우수하고 광학적으로 투명한 성질을 가지고 있어 다양한 분야에 활용이 되는 Polydimethylsiloxane(PDMS) 물질을 사용한 그래핀 복합체 제작방법을 개발하여 특성 평가를 수행하였다. 테이핑 방법을 이용하여 형성된 단결정 그래핀 박막의 게이지 상수값은 약 300 의 높은 값이 측정되었고, 그래핀/PDMS 복합체의 게이지 상수값은 약 230 의 수치가 측정되어 기존에 압저항 소재로 활용되는 금속 및 반도체 소재에 비해 고감도 스트레인 게이지로 활용이 가능함을 실험을 통해 입증할 수 있었다. 또한 제작이 간편한 압력센서에 그래핀 소자를 적용하여 검출 소자로의 활용 가능성을 평가하였다.
이와 더불어 그래핀 박막의 전기적인 특성을 평가하기 위해 재료의 전기적인 특성을 평가하는데 유용하게 사용되는 4단자 측정 방법을 적용하였다. 기계적인 박리법을 사용하여 형성한 그래핀의 경우 면적이 작고 두께가 매우 얇아 상용화된 4단자 탐침을 이용한 측정이 불가능 하므로 MEMS기술을 이용한 새로운 형태의 마이크로 4단자 탐침을 제작하였다. 제안된 마이크로 4단자 탐침 제작을 위해 수동스프레이 코팅 시스템과 버섯모양 도금 구조체 제작 방법을 개발하여 성공적으로 제작을 완료하였다. 제안된 새로운 형태의 4단자 탐침은 끝단이 금속으로만 구성되어 있어 샘플과 유연한 접촉이 가능하며, 4개의 캔틸레버가 독립구동이 가능하므로 어떠한 형태의 샘플과도 접촉이 원활이 이루어지기 때문에 다양한 분야로의 적용이 가능할 것으로 예측된다.
단결정 그래핀을 형성하는 방법 중 간편하게 형성이 가능하고 구조적으로 우수하며 큰 결정을 제공한다는 장점 때문에 박막의 특성 연구에 널리 사용하고 있는 기계적 박리법(테이핑 방법)을 사용하여 다양한 두께를 갖는 그래핀 박막을 형성 하였다. 형성된 그래핀 박막은 스트레인 게이지로의 소재 활용 가능성을 알아보기 위해 압저항 특성 평가를 실시하였으며, 측정된 데이터를 바탕으로 게이지 상수값을 계산하였다. 또한, 대면적, 대량생산이 가능하고 다양한 장소에 활용이 가능한 그래핀 복합체 제작을 통해 압저항 특성을 분석함으로서 고감도 검출 소자로의 응용 가능성을 평가하였다. 특히, 상대적으로 넓은 영역에 안정적으로 점착할 수 있고 균일하지 않은 표면 상부에도 적용이 가능하며, 내구성이 우수하고 광학적으로 투명한 성질을 가지고 있어 다양한 분야에 활용이 되는 Polydimethylsiloxane(PDMS) 물질을 사용한 그래핀 복합체 제작방법을 개발하여 특성 평가를 수행하였다. 테이핑 방법을 이용하여 형성된 단결정 그래핀 박막의 게이지 상수값은 약 300 의 높은 값이 측정되었고, 그래핀/PDMS 복합체의 게이지 상수값은 약 230 의 수치가 측정되어 기존에 압저항 소재로 활용되는 금속 및 반도체 소재에 비해 고감도 스트레인 게이지로 활용이 가능함을 실험을 통해 입증할 수 있었다. 또한 제작이 간편한 압력센서에 그래핀 소자를 적용하여 검출 소자로의 활용 가능성을 평가하였다.
이와 더불어 그래핀 박막의 전기적인 특성을 평가하기 위해 재료의 전기적인 특성을 평가하는데 유용하게 사용되는 4단자 측정 방법을 적용하였다. 기계적인 박리법을 사용하여 형성한 그래핀의 경우 면적이 작고 두께가 매우 얇아 상용화된 4단자 탐침을 이용한 측정이 불가능 하므로 MEMS기술을 이용한 새로운 형태의 마이크로 4단자 탐침을 제작하였다. 제안된 마이크로 4단자 탐침 제작을 위해 수동스프레이 코팅 시스템과 버섯모양 도금 구조체 제작 방법을 개발하여 성공적으로 제작을 완료하였다. 제안된 새로운 형태의 4단자 탐침은 끝단이 금속으로만 구성되어 있어 샘플과 유연한 접촉이 가능하며, 4개의 캔틸레버가 독립구동이 가능하므로 어떠한 형태의 샘플과도 접촉이 원활이 이루어지기 때문에 다양한 분야로의 적용이 가능할 것으로 예측된다.
목차
- 국문초록제 1 장 서 론가. 그래핀 개요나. 연구 배경다. 연구 현황라. 그래핀 합성법1) 기계적 박리법2) 화학적 합성법3) 화학기상 증착법4) 에피택시 합성법마. 고분자/그래핀 나노 복합체 제작방법1) 동시삽입 중합법2) 용액 삽입법3) 용융 삽입법바. 그래핀의 기전 및 광학적 특성사. 스트레인 게이지아. 압력센서제 2 장 단결정 그래핀 기반의 소자 제작가. 단결정 그래핀 박막을 이용한 소자 제작1) 기초 실험가) Position mark 형성나) 그래핀 형성다) 그래핀 관찰2) 그래핀 기반 압력센서 제안3) 압력센서 설계4) 압력센서 제작5) 압저항 측정 시스템 구상 및 원리6) 압력센서 측정 시스템 구상7) 그래핀의 기전특성 평가8) 그래핀 기반의 압력센서 측정나. 그래핀/PDMS 복합체1) 기초 실험2) 그래핀/PDMS 복합체 제작3) 압저항 특성 평가 및 응용실험4) 압력센서 제작 및 측정제 3 장 4단자 탐침법을 이용한 측정기술가. 4단자 탐침 개요나. 연구 동향다. 단위공정 기술 개발1) 수동 스프레이 코팅 기술개발2) 도금 기술개발가) 도금 개요나) 도금 기초공정다) 버섯모양 구조체 개발라. 새로운 형태의 마이크로 4단자 탐침 제안마. 마이크로 4단자 탐침 설계바. 마이크로 4단자 탐침 제작사. 측정 시스템 구상1) 측정용 지그 설계 및 제작2) 4단자 탐침 측정 시스템 구상아. 마이크로 4단자 탐침 유연성 실험 및 특성평가1) SU-8 캔틸레버를 이용한 접촉실험2) 다이어프램을 이용한 접촉실험 및 특성평가3) 그래핀 박막의 접촉실험 및 특성평가4) 3차원 형상을 갖는 물질의 접촉실험 및 특성평가제 4 장 결 론참고문헌영문초록부 록
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