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Fabrication of various nanostructures poly(dimethylsiloxane) via chemical treatment and their mechanism = 화학처리를 통한 PDMS 나노 구조 제작 및 메커니즘 규명
서명 / 저자 Fabrication of various nanostructures poly(dimethylsiloxane) via chemical treatment and their mechanism = 화학처리를 통한 PDMS 나노 구조 제작 및 메커니즘 규명 / Young Jo Yang.
저자명 Yang, Young Jo ; 양영조
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

Nanopatterning is fabrication of specific patterns in a nano scale. There are two methods for nanopatterning such as top down and bottom up. Top down method sculpts substrate using laser or electron beam. In this case, the expensive equipment is needed. Otherwise, bottom up method is a way to build up, and it is advantageous that it is possible to produce cheap and large capacity. Colloidal lithography and soft lithography belong to this method. Colloidal lithography is one of the simple and cheap method for fabricating nanostructures over a large area using self-assembled colloidal particles as a master template. Soft lithography, using Poly(dimethylsiloxane), is suitable to replicate the colloidal master mold. The PDMS is transparency, cheap, and non-toxic. Therefore, these two lithography techniques are a good candidate to fabricate nanopatterns because of no needed vacuum equipment and possible to room temperature process. Here I present the fabrication of various nanopatterns using honeycomb structured poly(dimethylsiloxane). The colloidal crystal, which is self-assembled by sub-micro polystyrene colloidal particles, is used to master mold for preparing honeycomb structured PDMS substrate. After cured the PDMS matrix, we can obtain pre-patterned substrate. The honeycomb size can be controlled by the size of colloidal particles. The PDMS polymer has two advantages to fabricate secondary structures. One is reduce the metal precursor through the residual silane groups in the PDMS matrix. The other is easily fabrication of secondary structures on the honeycomb structured PDMS using acid because of weakness about acid solution. In chapter 2, I report the characteristic of PDMS-gold nanoparticles composite and the secondary nanostructures on the honeycomb structure substrate. The gold precursor can be reduced in the PDMS matrix through the residual silane groups. Also, gold precursor act as catalyst to react between PDMS and EtOH. Therefore, the secondary patterns can be easily fabricated in a short time without expensive equipment. I fabricate two different patterns such as irregular metal structure, and thickened honeycomb structure via fabrication of PDMS-gold composite with different reaction condition. In chapter 3, I report the characteristic of acid treated PDMS matrix and the secondary nanostructures on the honeycomb structured PDMS matrix with acid treatment. The PDMS surface is easily modified and $NO_2$ gas is generated via acid treatment. The modified interface separates from original surface when $NO_2$ gas is emitted with post treatment. Finally, I fabricate various secondary sub-micro structures on the honeycomb structured PDMS substrate.

나노패터닝은 특정한 규칙을 갖는 패턴을 나노 스케일로 구현하는 것을 일컫는다. 나노패터닝 기술에는 탑다운 방법과 바텀업 방법이 있습니다. 탑다운 방법은 레이저나 전자를 쏘아 조각을 하는 것이다. 이 경우 진공장비가 필수적으로 필요하여 고가의 방식이다. 반면, 바텀업 방법은 쌓아 올리는 방식으로 콜로이드 리소그래피와 소프트 리소그래피가 이에 속하며 싸고 대용량 제작이 가능하다는 장점이 있다. 콜로이드 리소그래피는 다양한 리소그래피 방법 중 하나로 자가 조립된 콜로이드 입자를 이용해 기본 템플리트로 사용하여 나노 구조를 제작하는데 쉽고 간단하며 대면적화가 가능하다. 소프트 리소그래피는 Poly(dimethylsiloxane)이란 물질을 사용하는 리소그래피 방법으로 콜로이드 기본 템플레이트를 복사하는데 유용하다. PDMS는 투명하며 싸고 무독성이다. 그러므로 이 두 리소그래피 방법은 진공 장비가 필요없고 실온에서 실험이 가능하기 때문에 나노구조를 제작하는데 매우 좋은 후보군이다. 이 학위 논문에서는 벌집구조의 PDMS 기판을 이용하여 다양한 나노 구조를 제작하는 방법에 대해 설명한다. 수백 나노미터 크기의 폴리스타이렌 콜로이드 입자를 자가 조립하여 만든 콜로이드 광결정은 벌집구조를 구현하지 위한 기본 템플레이트로 사용된다. PDMS 경화 과정을 거쳐 패턴이 구현된 기판을 얻을 수 있다. 벌집구조의 지름은 콜로이드 입자의 크기에 의해 조절 가능하다. PDMS 고분자는 이차 구조를 구현하는데 두 가지 장점이 있다. 한가지는 금속 전구체가 PDMS 매트릭스에 남아있는 실레인 그룹에 의해 환원이 가능하다. 또 다른 하나는 PDMS가 산에 취약하기 때문에 산 용액을 이용하여 벌집구조 위에 이차 구조를 구현하기 쉽다. 챕터 2에서는 PDMS-금 나노 입자 복합체에 대한 특성 분석과 벌집 구조 기판 위에 2차 구조를 구현한 내용에 대해 보고한다. 금 전구체는 PDMS 매트릭스에 남아있는 실레인 그룹에 의해 환원이 가능하다. 또한 큼 전구체를 PDMS와 에탄올 사이에서의 반응을 일으키는 촉매의 역할을 한다. 그러므로, 비싼 장비의 사용 없이 짧은 시간에 쉽게 2차 구조를 제작할 수 있다. 여기서는 다른 조건 하에 PDMS-금 나노입자 복합체를 만들며 불규칙한 패턴과 벌집구조가 두꺼워지는 두 가지 패턴을 제작하였다. 챕터 3애서는 산 처리를 한 PDMS 매트릭스의 특성 분석과 벌집 구조에 2차 구조를 구현한 실험에 대해 설명한다. PDMS에 산 처리를 통해 쉽게 표면을 개질할 수 있고 또한 산 반응에 의해 이산화질소 가스를 만들 수 있다. 개질된 표면은 후 처리 공정을 통해 이산화질소가 나오면서 원래 표면으로부터 분리된다. 이렇게 벌집구조 위에 이차 구조를 구현한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 17032
형태사항 vii, 59 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 영조양
지도교수의 영문표기 : O Ok Park
지도교수의 한글표기 : 박오옥
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Including references
주제 Colloidal lithography
soft lithography
PDMS-Au NPs composite
acid treated PDMS
secondary structures on the honeycomb structured PDMS
콜로이드 리소그래피
소프트 리소그래피
PDMS-금 나노입자 복합체
PDMS 산 처리
벌집 구조 위에 2차구조 구현
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