Manipulation of micro- and nano- structures using organic materials has been of interest because this is a technology that fabricates complex pattern quickly and simply. Particularly, anisotropic-shaped organic molecules exhibit an intrisic interaction spontaneosly. And, they exhibit optical, electrical and mechanical anisotropy when they are controlled thier orientation, thus, these reasearch is actively being conducted in material science and industrial applications. In order to utilize these anisotropic organic molecules as functional materials, it is necessary to construct a specific structure and control orientation and alignment at the molecular level. Anisotropic organic molecules are sensitive to the external environment. And, it have been reported to control orientation through various methods such as surface treatment, photoalignment, confinement effect, magnetic field, and electric field.
The method using an elecetric field has been known that the most effective and perfect technique for controlling anisotropic moleculues for a long time. In this thesis, we mainly discuss the controlling organic molecules by using an electric field and thier application for optics, particle patterning templates and mechanics. This thesis consists of four chapters. In the chapter 1, we briefly introduce the materials covered in this studies and the principle of controlling orientation with an electric field. In the second chapter, we demonstrate a platform to control the organic single molecules( liquid crystal) via intersection of electrodes and shows its optical applications. In chapter 3, we deals with the research on the fabrication of various liquid crystal structures through modulated system which the crossing of various electrodes and application of a complex electric field. In the last chapter, we researched of the formation of the patterned polymer thin film using liquid crystal network and thier mechanical application with same electric field technologies.
we believe that these platform can manufacture as a three dimensional structure that could not perform using simple surface control methods, which can be used as an very innovative ways to construct various complex structures. Furthermore, from the viewpoint the technology, the system can be programmed by modulating the electrode design, electric field and material selection, which can broaden these system based applications.
유기 분자를 이용한 마이크로/나노 구조체의 제작은 기존의 복잡한 패턴을 빠르고 간단하게 구현할 수 있다는 기술로써 각광을 받고있다. 특히 이방적인 유기 분자들은 내재하는 상호 인력을 통하여 자발적으로 자기 조립하는 현상을 가지고 있고 이를 조절하면 광학적, 전기적, 기계적으로 이방성을 나타내기 때문에 재료과학 및 산업 응용분야로 활발하게 연구가 수행되고 있다. 이러한 이방적 유기 분자를 기능성 소재로 활용하기 위해서 특정 구조를 제작하는 일이 선행되어야하고 분자 수준에서 배향 및 정렬을 제어해야한다. 이방성 특성을 가진 유기 분자는 외부 환경에 민감하게 반응하는 물질로 표면 제어, 한정효과, 자기장, 전기장과 같은 다양한 방법들을 통해 배향을 조절하는 것이 보고되어 왔다.
그 중, 전기장을 이용하는 방법이 가장 효과적이고 확실하게 이방성 분자를 제어할 수 있는 방법이라는 것이 오랜기간 알려져 왔고 본 학위 논문에서는 전기장을 이용하여 유기 분자들을 제어하여 다양한 구조체를 만들고 광학적, 파티클 패터닝을 위한 템플릿, 기계적으로 응용한 연구에 대해 다루고자한다. 본 학위논문은 총 4개의 장으로 구성되며 첫번째 장에서는 본 연구에서 다루는 물질에 대한 소개와 전기장으로 배향을 조절하는 원리에 대해 소개한다. 두번째 장에서는 유기 단분자, 액정을 이용하고 전극의 교차를 이용한 액정 구조체 제작과 이를 이용한 광학적 응용에 대한 연구에 대해 다룬다. 세번째 장에서는 개발한 전극의 교차시스템을 이용하여 다양한 전극의 교차와 전기장의 부여라는 시스템 변조를 통한 다양한 액정 구조체 제작에 대한 연구에 대해 다룬다. 네번째 장에서는 액정 네트워크 도입을 통한 패턴화된 고분자 박막 필름 형성 및 기계적 응용에 대한 연구에 대해 다룬다.
본 연구에서 구축한 전기장을 이용한 유기분자의 제어 시스템은 기존의 단순한 표면 제어 방법에서는 할 수 없었던 3D 구조체 제조가 가능하고 매우 다양한 구조체를 형성할 수 있는 획기적인 수단으로 활용될 수 있을 것이라고 판단된다. 또한, 목표하는 구조체를 프로그래밍하여 전극의 설계 및 전기장, 물질 선택을 조절한다면 그 활용범위를 매우 확장하며 새로운 응용분야를 창출 할 수 있을 것이라 사료된다.
