In this thesis, a combination of top-down lithography and bottom-up electrochemical deposition was presented to implement novel organic/inorganic structures and applications were studied supercapacitors. First, new UV curable binder polymers having photoreactive methacrylate moiety were designed and synthesized by grafting GMA to carboxylic acid groups on MAA of copolymer. Novel synthesized polymer had excellent thermal behavior and high transmittance at 365 nm. In addition, we could successfully obtain photolithographic patterns with low swelling, high sensitivity, and high resolution dry film photoresist (DFR).
In a second phase, Universal templates with a high aspect ratio nanopore array were developed using a bilayer system of a silicon-containing block copolymer top layer and a dually responsive photoresist bottom layer. The dually responsive photoresist cross-links upon heating and degrades upon exposure to UV light. Therefore, the template can be easily removed by dipping in an aqueous base solution. Moreover, gold and polypyrrole nanostructure arrays were fabricated by electrodeposition and a simple removal process of the template.
To expand applicable area of gold nanostructure, nanoporous gold from electrodeposited AuAg alloy was fabricated and investigated as 3D current collector for $Ni(OH)_2$ supercapacitor. The capacitance was optimized by considering the amount of $Ni(OH)_2$ in two different regions, the inner pores and the top of the NPG electrode. We have developed an outstanding supercapacitor with high capacitance, high energy density, and semi-permanent lifetime using the $Ni(OH)_2$/NPG electrode.
본 논문에서는 탑타운 기법인 lithography와 바텀업 기법인 전착법을 융합하여, 다양한 유/무기 구조를 구현하고, 수퍼커패시터에의 응용에 대해 연구하였다. 고해상도의 패턴을 얻기 위해 새로운 UV 경화성 바인더 고분자를 설계하고 합성하였다. 신규 합성 중합체는 365 nm에서 높은 투과율 및 우수한 열안정성을 보였고, 고감도 및 고해상도 드라이 필름 포토 레지스트(DFR)로써 포토리소그래픽 패턴을 얻을 수 있었다. 다음은 실리콘 함유 블록 공중 합체 상부 층과 이중 반응성 포토 레지스트 하부층의 이중층 시스템을 사용하여 높은 종횡비의 나노 기공 어레이를 갖는 템플릿을 제작하였다. 이중 반응성 포토 레지스트는 가열시 가교 결합하고, 자외선에 노출되면 열화되어 염기성 수용액으로 템플릿을 용이하게 제거할 수 있었다. 이를 이용하여 금 및 폴리피롤을 전착하였고, 템플릿의 간단한 제거 공정에 의해 나노 구조 배열을 제작하였다. 금 나노 구조의 적용 가능한 영역을 넓히기 위해, 전착법으로 AuAg 합금을 증착하고, 은을 선택적으로 제거함으로써 나노 다공성 금을 제작하여 $Ni(OH)_2$ 수퍼커패시터의 3D전극에 적용하여 연구하였다.
