We studied the time-dependent adhesion between a polymer film and a flat-ended cylindrical tip, where the adhesion appears as the pull-off force at the instant of debonding of the tip from the polymer film. An elasticity problem of flat indentation on an elastic film was revisited, and its force-depth relation is obtained in a simple form. An equilibrium elastic theory of adhesion between elastic solids together with the solved indentation problem gives the expression of the pull-off force in terms of the adhesion energy between elastic solids, elastic constants, and geometric information of the solids. Indentation experiments were performed for the polymer(PDMS(polydimethylsiloxane), SU8) films on a Si substrate using a diamond flat tip. Prior to the indentation experiments, surface treatments, such as oxygen plasma and argon plasma, of PDMS films were performed. The analysis measured data for the theoretical pull-off force yields the work of adhesion between a polymer(PDMS, SU8) film and a flat tip. Holding time, indentation depth, and unloading velocity were varied to investigate their effects on the pull-off force, and also on the work of adhesion. It is observed that the work of adhesion depends appreciably on the unloading velocity of the tip.
본 연구는 폴리머 박막과 끝이 편평한 인덴터 팁 사이의 시간에 의존하는 점착력을 측정하는데 그 목적이 있다. 여기서 점착 에너지는 압입 실험 시에 잡아당기는 힘으로 간단하게 표현된다. 이 표현을 위해 먼저 압입 실험 시에 압입 하중과 압입 깊이에 대한 간단한 관계식을 살펴보고, 여기에 Kendal 이 제시한 평형 탄성 이론을 적용하여서 점착 에너지를 박막의 물성치와 잡아당기는 힘으로 표현되는 간단한 관계식을 구한다. 압입 실험은 끝이 편평한 다이아몬드 팁과 실리콘 웨이퍼에 폴리머인 PDMS, SU8 을 코팅한 시편을 이용하여 수행한다. 여기서 PDMS시편에 산소 플라즈마, 아르곤 플라즈마 처리를 하여서 이와 같은 표면처리가 잡아당기는 힘에 미치는 영향을 알아보고, PDMS, SU8시편에 압입 후 제하속도, 압입 깊이, 입입 하중 유지 시간을 달리 하여서 각 요소들이 잡아당기는 힘에 어떤 영향을 미치는지 그리고 그것이 결국 점착 일에 어떤 영향을 미치는지 알아본다. 그렇게 하여 결국 점착 일은 제하 속도에 따라 달라지는 것을 관찰하게 된다. 하지만 PDMS 의 경우에는 압입 하중 유지 시간에 따라서도 달라지는 것을 확인하게 된다.
