Organic materials based electronics have been candidate for the commercialization of flexible electronics and flexible photovoltaics. Although organic materials have many advantages such as low cost, solution-processable, severe sensitivity to water vapor has inhibited wide application of OLEDs and OPVs. Expected encapsulation materials do not only block the permeation of water molecules into organic materials, but also have transparent, thin, and flexible property. To satisfy OLEDs barrier requirement, recent study reports polymer/inorganic multi-layer water vapor barrier films which show improved barrier properties. However, not simple process causes expensive cost and vulnerable to bending or flexural stress due to the 5~6 stacked bulky layers.
Most researches of water vapor barrier films have mostly focused on fabricating robust and defect-free inorganic layers to reduce the number of layers. Nonetheless, there have been few researches on polymeric materials which can act as an planarization layer and diffusion path extender. Typical polymeric materials used as barrier materials are thermally unstable and have high water permeability, so further research on material which can replace polymeric material is required to realize good water barrier film.
Organic-inorganic hybrid materials for application of gas barrier film have been reported. Organic-inorganic hybrid materials represent an enhanced thermal stability and lowered WVTR value due to their unique properties from both organic and inorganic parts. In addition, easy property tuning is possible through changing precursor, controlling sol-gel process, and adding additives. Using these modifications, we can synthesize dense inorganic structure, highly cross-linked organic linkages, and water interactive pecies in organic-inorganic hybrid materials. Also, all these properties are able to improve water vapor barrier property.
In this study, I report Epoxy base hybrid materials showing good thermal stability and water vapor barrier property, and I characterized how cross-linking density affects to the water vapor barrier property using different cross-linkers. Also, graphene which is known as super barrier material is embedded into Epoxy hybrid materials as filler easily can extend lag-time of water vapor, so epoxy-graphene nanocomposite was fabricated. Furthermore, multi-layers (1dyad) barrier films are fabricated, and showed considerably enhanced water barrier properties using inorganic vacuum deposition by atomic layer deposition. The permeability values (WVTR) of Epoxy hybrimer barrier films were measured by the MOCON test and Ca degradation method.
유기 전자는 플렉시블 전자 및 플렉시블 태양전지의 상용화를 위해 주목받고있다. 가격이 싸고, 용액공정이 가능한 장점이 있는 유기재료는 수분에 취약하기 때문에 OLED나 OPV에 적용이 어렵다. 따라서 이러한 유기재료의 수분투과를 막기 위한 배리층이 필요한데, 현재 유기물과 무기물이 교대로 증착된 다층막이 적용되고 있지만, 가격이 비싸고 두꺼운 두께로 인한 벤딩 스트레스에 취약한 단점이 있다. 대부분의 수분 차단막의 연구는 무기물층에 대한 연구이지만 유기물에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 대부분의 유기물 기반 고분자 수분 차단막은 열적으로 불안정하고 수분 차단성이 낮아 많은 연구가 필요하다. 유무기 하이브리드 재료를 이용한 수분 차단막은 열적으로 안정하고 수분차단성이 좋다. 또한, 전구체의 종류변화와 공정의 최적화로 우수한 특성을 이끌어 낼 수 있고, 가교시, 중간체의 첨가로 인해 특성변화를 유도할 수 있다. 본 연구에서는 에폭시 기반 하이브리드 재료를 이용해 열적으로 우수하고 고차단성을 가지는 수분차단막을 제작하였으며, 가교제의 종류에 따라 열기계적 특성 변화에 따른 수분 차단성의 변화를 분석하였다. 또한, 수분차단성이 좋다고 알려진 그래핀 나노복합체를 제작하여 증가된 수분차단성을 확인하였고, 최종적으로 유/무기 다층막을 이용한 고차단성 수분 차단막을 제작 및 평가하였다.
