Nanomaterials have excellent properties in terms of mechanical, electrical, and optical properties. To apply nanomaterials to various applications, mechanical properties of nanomaterials should be measured and fracture mechanism should be analyzed. Among various experimental methods for measuring their mechanical properties, a promising one is an experimental method using MEMS (micro-electro mechanical systems). However, conventional MEMS device for tensile testing has a problem in analyzing fracture mechanism because the sample is immediately destroyed when a crack propagates during the tensile testing. In this thesis, a new MEMS device for tensile testing has developed to solve the problem. The new MEMS device has a higher mass of mobile part and higher spring constant compared to the conventional one. In the new MEMS device, crack propagation can be controlled because the crack driving force decreases with crack growth. The new MEMS device was fabricated and several problems with the new MEMS device were solved by modifying the detailed designs with creative ideas based on the dynamics simulation. The optimized MEMS device was tested, using DLC (Diamond-Like Carbon) which is brittle and amorphous material.
나노 재료는 물리적, 전기적, 광학적인 측면에서 뛰어난 특성을 보여준다. 이러한 나노 재료를 다양한 디바이스에 적용하기 위해서는 나노 재료에 대한 정확한 특성 분석이 필수적이다. 특성을 분석하기 위한 여러 실험 방법 중 기존의 멤스를 활용한 인장 실험 장치는 샘플에 크랙이 발생하는 순간 샘플이 바로 파괴되어 버리기 때문에 파괴 거동을 분석하는 데에 한계가 있다. 본 학위논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 디자인의 인장 실험 장치를 제안한다. 크랙 전파를 지연시키기 위해서는 균열 추진력이 크랙의 크기가 증가함에 따라 감소해야 하는데, 새로운 인장 실험 장치에서 장치의 질량과 스프링 계수를 증가시킴으로써 목적을 달성할 수 있었다. 이를 바탕으로 제작한 실험 장치에서 여러 문제점들이 발생하였는데, 역학 시뮬레이션을 바탕으로 세부적인 디자인을 창의적으로 수정함으로써 해결하였다. 완성된 최종 인장 실험 장치는 취성과 무정형의 성질을 가지는 재료를 이용하여 확인되었다.
