In the field of nanotechnology, simply and precisely controlling the morphology is the biggest issue along with making smaller feature. Even if many impressive ways are existed to achieve this goal over the last decade, most of the methods still have unwanted drawbacks such as low throughput or inherently having defects. Herein, our group suggested a new method which is called directional photofluidization lithography (DPL). This method is based on combining soft lithography with surface relief gratings of azobenzene polymer (abbreviated as azopolymer). By using this method, we can provide diverse pattern of which the morphology of the feature can be simply and precisely tuned. Moreover this method also can generate periodic pattern at large area without defects. In this paper, we used DPL for making diverse features under irradiating diverse interference beam pattern. Moreover, we believe this can gives us clue for understanding formation of surface relief gratings, which have not yet been proven, under irradiating diverse polarization beam. This method also can provide most easy way (only varying irradiation time) to control the morphology of the features, so we demonstrate the wettability can be easily tunable due to the surface effects. We also fabricate dual-scale monolithic pattern by combining capillary lithography with surface relief gratings. It is notable that this dual scale pattern can be possible because micro pattern is consisted of azopolymer. Using this approach, multiscale hierarchical structures can be easily fabricated with precise control over geometrical parameters.
주기적 나노 구조체를 제작하는 데 있어서 크기를 작게 만들며, 모양을 정교하게 조절하고, 다양한 모양(계층적 구조, 복잡성 구조도 포함)을 만드는 것은 나노과학자들 사이에서는 가장 큰 관심거리 중 하나이다. 이러한 이유로는 작게, 정교하게, 다양한 모양의 패턴을 제조할 수 있다면 밀집도가 높은 메모리가 제작 더 밀집도가 높은 메모리가 제작가능하며, 나노채널을 만들어 작은 물질 (예를 들어 DNA) 등을 분석가능케 할 수 있고, 에너지 장치 (예를 들어 태양전지, 2차 전지) 등에서의 좀 더 높은 효율 향상, 표면의 거칠기를 조절하여 항상 표면이 깨끗하게 유지할 수 있는 초소수성 막으로의 응용, 어떠한 표면에도 쉽게 붙을 수 있는gecko 도마뱀발바닥의 생체모사 등 여러 가지 응용 분야가 존재하기 때문이다. 현재 주기적 나노 구조를 제작하는 방식은 크게 bottom-up 방식과 top-down 방식으로 나누어진다. 먼저 Bottom-up 방식은 작은 scale에서 하나하나 쌓는 (혹은 그리는) 방식으로 colloid lithography, liquid crystal, block copolymer lithography 등이 있다. 이러한 Bottom-up 방식은 매우 작은 사이즈 (30nm 이하)의 패턴 가능하며 낮은 재료 가격 등의 장점을 가지고 있지만 대면적 패턴 형성에 있어서 결함을 본질적으로 가질 수밖에 없는 한계점을 가지고 있다. Bottom-up 방식과는 다르게 top-down 방식은 photolithography, e-beam lithography, focused ion beam lithography 등이 존재하며, 이런 방식들은 작고, defect 없이, 잘 조절된 모양을 제조할 수 있지만 높은 가격 등으로 문제가 되고 있다.
따라서 나는 azobenzene polymer (아조고분자)를 사용하여 위와 같은 문제를 해결하는 새로운 패터닝 방식, 즉 방향성 광유체화 리소그래피 (Directional Photofluidization Lithography), 을 연구하고자 한다. 이 방식은 아조고분자가 빛의 편광방향과 평행한 방향으로 흐르는 광유체화 현상을 이용하는 것으로서 대면적에 결함이 없고, 매우 작은 구조에서 다양한 모양이 가능하고, 낮은 가격으로 구조체를 제조할 수 있는 새로운 패터닝 방식이다. 본 논문에서는 이 패터닝 방식을 더욱 발전시켜 다양한 간섭편광을 조사시켜 다양하며 쉽게 조절 가능한 surface textured구조를 형성할 수 있음을 보이고, 구조의 거칠기를 정교하게 조절하여(특히 OC 간섭빔을 조사한 결과)따라 표면 젖음성을 변화시키는 일이 가능하다는 것을 보여주었다. (Chapter 2.1) 이 결과는 매우 중요한데 그 이유로는 다양한 편광의 간섭 빔을 조사하였을 때도 고분자의 움직임이 간섭되어 나타난 편광방향과 유사한 방향으로 유체화현상이 일어난다는 것을 보여주었기 때문이며, 이 결과는 그 동안 밝혀지지 않았던 다양한 편광 방향을 조사하였을 때 생성되는Surface relief gratings의 형성 메커니즘을 이해하는데 하나의 좋은 실마리가 될 것으로 기대하고 있다.
앞서 보고한 것과 더불어 나는 micro 구조 위에 nano 구조가 올라가는 dual scale 한 구조 등 여러 가지 패터닝 모양제어 현상을 보여주었다. (Chapter 2.2) 아조고분자를 이용하여 이러한 dual scale 구조체를 제작하는 방식은 기존에 알려진 방식보다도 쉽고 간편하게 제작할 수 있다. 이 dual scale 구조체는 초소수성으로의 응용, Transfer Printing 에서의 Tip으로의 응용 등에 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
