Ferroelectric polymers have attracted considerable attention for enormous applications such as non-volatile data storage, actuators, acoustic transducers and energy harvesting devices. Among them, Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] copolymer has been widely investigated in these applications because of relatively high polarization and superior electromechanical properties. More im-portantly, one dimensional nano structure like nanorods, nanotubes and nanowires made of P(VDF-TrFE) have been investigated due to their excellent electrical, magnetic, optical and mechanical properties and po-tential applicability.
To study the effect of the etchant of SiO2 on P(VDF-TrFE) nanorods, quantitative analysis was provided by X-ray diffraction analysis (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We found that the etchant of SiO2 and etching condition influence on the chemical structure of P(VDF-TrFE), such as C-F , C=C bonding, probably due to defluorination and introduction of oxygen. Consequently, we obtained optimal etching condition for fabricating P(VDF-TrFE) nanorods.
Keywords: Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE), Ferroelectric polymer, etchant effect, ferroelectric properties
대표적 강유전성 고분자인 Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 는1969년에 압전 특성이 보고되었고 그 이후 PVDF에 trifluoroethylene (TrFE)을 random하게 결합시킨 copolymer인 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (PVDF-TrFE) 등과 같은 PVDF 기반의 고분자들도 우수한 압전 특성을 나타내는 것으로 보고되면서 이러한 고분자들은 nonvolatile data storage, transducer에서 energy harvesting 에 이르기까지 다양한 분야에서 쓰일 수 있는 기능성 재료로 관심을 받아왔다. 특히 PVDF는 강유전 특성의 β-phase로 이루어지기 위해 poling이나 stretching 등의 추가적인 과정이 필요한 반면, P(VDF-TrFE)는 별다른 처리 없이도 상온에서 β-phase를 나타내어 안정적이고 우수한 강유전 특성을 띌 수 있다는 장점이 있다. 또한, P(VDF-TrFE)는 이러한 장점 외에도 낮은 유전 상수, 낮은 기계적 강도로 인해 Sensor sensitivity를 높이는데 유리하여 sensor나 actuator에 널리 응용되고 있다. 그리고 장치들의 크기를 줄이려는 최근의 경향에 맞추어 강유전성 고분자를 나노선(nanowire)이나 나노튜브(nanotube) 등의 형태로 제조하여 sensor나 actuator에 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 다공성의 나노 템플릿 속에 솔루션 형태로 녹인 고분자를 wetting을 통해 충진한 뒤 템플릿을 제거하면 나노 구조물을 용이하게 만들 수 있어 나노 템플릿을 이용한 나노 구조 제작에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 이러한 연구에 따르면 나노 구조 제작 과정의 마지막 단계인 템플릿의 제거를 위해서 산성 혹은 염기성의 식각 용액을 사용해야 한다. 즉 제조 공정 상, 고분자가 식각 용액에 노출 되는 것은 불가피하며 최적의 나노 구조 제조를 위해서는 식각 용액이 강유전성 고분자에 미치는 영향을 확인하여 최적의 템플릿 제거 조건을 확립하는 것이 필요하다. 하지만 산성 혹은 염기성의 식각 용액이 강유전 고분자의 특성, 특히 강유전 특성에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미비하다.
이에 따라 본 실험에서는 산성 혹은 염기성 용액이 P(VDF-TrFE) 강유전성 고분자의 강유전 특성에 미치는 영향을 확인하여 템플릿 제거에 가장 적합한 식각 용액 조건을 확립하고자 한다. 이를 위해 특성 평가가 비교적 어려운 강유전성 고분자 나노 구조 보다는 평판에 증착된 강유전성 고분자 필름을 여러 조건의 용액으로 처리한 뒤 강유전 특성을 비교 분석하고자 한다.
