Two-dimensional (2D) materials have been attracted abundant attentions as a promising new materials with their extraordinary property, which could not be represented in bulk state. The property of 2D materials remarkably depends on its structure. Therefore, the method to control structure is highly demand for a novel applications. We tried to develop the structure control method with self-assembly process and unique patterning to optimize properties of transition metal dichacogenide (TMD) and MXene based device. Self-assembly at liquid-air interface could finely control the thickness of TMD thin film within atomic scale. The formed TMD thin film has a high coverage with single layer geometry, which could not be demonstrated from conventional solution-based thin film formation process. Interestingly, this interfacial self-assembly method could be further applied into MXene material. Nanoscale thickness of MXene thin film demonstrates the high electromagnetic interface (EMI) shielding effect comparing with other nanomaterials. Our MXene thin film could be modeled for studying intrinsic properties such as conductivity, transmittance, and EMI shielding effect. In addition, we demonstrated the simple method to form 3D porous structure of 2D MXene via spontaneous gelation. By simply adding MXene solution into Zn plate, MXene hydrogel was readily achieved on Zn plate surface. Furthermore, unique patterning of TMD highly demands for the advance application. We tried to apply block copolymer (BCP) nanotemplate for forming nanomesh, nanodot, and nanowire of TMDs. With proper treatment for self-assembly of BCP and selective etching of one part of BCP (PMMA), remained PS part could be nanotemplates. We deposited desired seed metal from e-beam evaporator and then, sulfurization process demonstrated nanostructured TMD after lift-off process.
이차원 물질은 구조로부터 발생하는 독특한 물성이 발현하기 때문에, 현재 차세대 신물질로써 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 이차원 물질의 물성은 그 구조에 의해서 많은 영향을 받게 된다. 따라서, 이차원물질 기반 응용소자를 만들기 위해서는 구조를 제어하는 방법이 요구된다. 본 학위논문에서는 자가조립 방법과 독특한 패터닝 방법을 통해서 전이금속칼코젠화합물(TMD)과 맥신(MXene)이라 불리는 이차원물질의 구조를 제어하고, 그에 따른 물성을 조정하는 방법을 개발한다. 액체와 기체의 계면 자가조립 방법을 통해 나노수준에서 정확하게 두께를 제어할 수 있는 TMD와 MXene 박막 제조 방법을 개발하였다. 본 방법을 통해 얻은 박막은 높은 조밀도(coverage)를 가진 단일층의 구조이다. 본 연구에서 만들어진 MXene 박막은 두께 및 밀도 대비 높은 전자파차폐 성능을 보여준다. 또한, 자발적 젤레이션 현상을 이용해서 3차원 다공성 MXene 구조를 손쉽게 형성하는 방법을 개발하였다. MXene 용액을 아연에 간단히 첨가함으로써, MXene 수화젤이 아연 표면 위에 만들어지게된다. 마지막으로, 블록공중합체 리소그래피 방법을 이용해서 나노메쉬, 나노닷, 나노와이어 등의 다양한 나노구조의 TMD 박막을 얻었으며, 나노메쉬 구조의 경우 가스센서로써 기존 박막구조에 비해 높은 반응도를 보임을 확인하였다.
