Nanomaterials are known to have excellent mechanical, electrical, and optical properties. 2D materials emerged as a promising nanomaterial for future nanotechnology in many scientific fields. Despite their remarkable characteristics, less is known about their physical properties and this greatly hinders their active engineering applications. Due to their innate minuscule size and brittleness, analysis of 2D material’s fracture behavior is very difficult. In this thesis paper, the development of an experimental method of a novel 2D material transfer method to a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) device is discussed. For the MEMS device, PTP (Push-to-Pull) MEMS device developed in the RNL at KAIST NQE has been selected. The aforementioned device features a larger mobile part mass and higher beam stiffness which effectively help decelerate the crack growth rate and ultimately observe the progression of brittle failure. However, few structural constraints hinder the use of conventional 2D material transfer methods. As a solution, a novel 2D material transfer method using PDMS and PPC was developed. This novel transfer method successfully alleviated the issues and transferred a material sample to the device. The developed method was verified by the nanoscale tensile test experiment of a graphene sample.
나노 재료는 훌륭한 기계적, 전기적, 그리고 광학적 특성을 가지는 것으로 잘 알려져 있다. 나노 재료 중의 하나인 2D 재료는 미래 나노 기술을 위한 유망한 재료로 다양한 과학 분야에서 각광받고 있다. 그러나 2D 재료는 뛰어난 특성을 가졌음에도 불구하고, 아직까지 그 물성에 대한 바가 많이 알려지지 않아, 여러 공학적인 응용이 활발히 이뤄지지 못하고 있다. 타고난 작은 사이즈와 취성 특징으로 인해 2D 재료의 파괴 거동을 관찰하기는 매우 어렵다. 본 석사 학위 논문에선 나노 스케일 인장 실험을 위한 PTP MEMS 디바이스의 위에 2D 재료를 옮기는 새로운 방법을 제시한다. PTP MEMS 디바이스는 카이스트 원자력 및 양자공학과 RNL 연구실에서 개발된 디바이스를 사용하였다. 이 디바이스는 큰 질량과 뻣뻣한 빔을 가지고 있어 효과적으로 균열 전파를 늦추고 궁극적으로는 취성 파괴를 관찰할 수 있게 한다. 그러나 그 구조적인 특징 때문에 일반적인 트랜스퍼 방법의 사용이 어렵다는 단점이 있는데 이를 극복하기 위하여, PDMS와 PPC를 사용한 새로운 방법을 개발하였다. 해당 방법은 재료와 디바이스에 최소한의 충격과 피해를 주며 성공적으로 시편의 이동이 가능함을 그래핀을 대상으로 한 나노 인장실험에서 확인하였다.
