The intensive development of nanotechnologies offers a new route to construct sophisticated architectures of emerging soft applications. Among the many classes of stretchable materials, three-dimensional (3D) nanostructured poly(dimethylsiloxane)(PDMS) has emerged as a vital building block based on its merits of flexibility, stretchability, porosity, simple processing, and, more importantly, high degrees of freedom of incorporation with other functional materials, including metals, ceramics, semiconductors. The artificially designed geometries play important roles in achieving the desired mechanical, electrical, and optical performances of devices and thus show great potential for applications in the fields of stretchable displays, sensors and actuators as well as in health-monitoring device platforms. Meanwhile, novel lithographic methods to produce stretchable platforms with superb reliability have recently attracted research interest. The aim of this thesis is to focus on the fabrication of the 3D nanostructured PDMS with high periodicity in nanoscale and their promising soft applications such as piezo-resistive strain sensor and mechano-responsive optical film. For another promising application that requires the enhanced optical/chemical properties using the geometric advances of the 3D nanostructure, the high-performance chemo-resistors based on the 3D nanostructured semiconducting oxide that can effectively utilize gas dynamics and light absorption is demonstrated. Finally, this thesis is concluded with a brief outlook and further research directions.
오늘날 나노기술의 눈부신 발전으로 차세대 응용 분야인 신축/유연 소자의 핵심 소재를 제작할 수 있게 되었으며, 이를 이용한 다양한 응용 소자의 성능 향상은 물론, 신물성을 구현할 수 있게 되었다. 여러 구조적/재료적 유연 소재 중에서 3 차원 나노구조화된 폴리디메틸실록산은 다공성, 유연성, 비교적 우수한 기계적/화학적 안정성, 특히 간단한 제작 방법, 그리고 금속, 세라믹, 반도체 재료를 포함하는 기능성 재료와의 결합의 자유도가 높다는 장점을 바탕으로 신축성 플랫폼을 구성하는 핵심 소재로 부상했다. 정교하게 설계된 3 차원 나노구조체의 구조적 이점을 이용하여 신축성 디스플레이, 센서 및 액추에이터 분야 뿐만 아니라 건강 모니터링 장치 응용처에서 요구하는 최적화된 기계적, 전기적 및 광학적 성능을 달성할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 수백 나노 주기의 높은 균일도를 갖는 신축성 구조 플랫폼으로서, 3 차원 나노 구조화된 폴리디메틸실록산의 제작 방법과 다양한 기능성 물질을 결합하여 나노 복합체를 형성함으로서 저항성 변형 센서, 신축 변형으로 투광성을 조절하는 광학 필름 등의 다양한 응용 연구에 관한 내용을 포함한다. 또한, 3 차원 나노 구조체의 광학적/화학적 특성을 이용하여 또 다른 중요한 응용 분야로, 상온에서 빛을 이용하여 높은 효율로 활성화 가능한 3D 나노 구조화된 반도체 산화물 기반 고성능 가스 센서 응용에 관한 연구 내용도 포함되어 있다. 끝으로 3 차원 나노소재를 이용한 향후 연구 방향에 대한 고찰로 마무리한다.
