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Hybrid electrophoretic deposition methods for poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) thin films = Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) 필름의 하이브리드 전기 영동 증착법
서명 / 저자 Hybrid electrophoretic deposition methods for poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) thin films = Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) 필름의 하이브리드 전기 영동 증착법 / Yeontae Kim.
저자명 Kim, Yeontae ; 김연태
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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초록정보

In this study, we developed a hybrid electrophoretic deposition methods for P(VDF-TrFE) employing seed layers. First, we conducted electrophoretic deposition of P(VDF-TrFE) particles on face-to-face ITO electrodes. We observed that P(VDF-TrFE) particles were deposited more thickly on edge than center of electrode. Hence, we examined the electric field concentration on the edge of electrode by use of COMSOL electric field simulation. In addition, we carried out electropho-retic deposition on Ti3N4 and ITO electrode with same condition and we observed that films were not formed on Ti3N4 electrode, but were deposited on ITO electrode. We assumed that P(VDF-TrFE) particles would not be deposited on the electrode if adhesion between them is poor. To improve of the usability of electrophoretic deposition of P(VDF-TrFE), we employed a seed layer. Seed layer played a role as intermediate layer which provided adhesion between it and the particles. To establish a condition of EPD on seed layer, we used spin-coating to deposit P(VDF-TrFE) films with a thickness of 430 nm on Au substrate and conducted EPD procedure on them. However, in case that we used a colloidal suspension with 2-propanol, uniform P(VDF-TrFE) particulate films were not deposited due to its poor wettability to the seed layers. Hence, we carried out EPD with suspension mixed with a small quantity of 2-butanone which has good wettability to P(VDF-TrFE). As a result, uniform P(VDF-TrFE) par-ticulate films were deposited on seed layers from mixed suspension of 5% 2-butanone and 95% 2-propanol. Moreover, to flatten the particulate film, we performed an annealing process at a tem-perature near to melting point of P(VDF-TrFE). For a complete examination of the changes in the surface morphology quantitatively, including the surface roughness, we imaged the topog-raphy of P(VDF-TrFE) films using contact-mode AFM. We found out consequently that an-nealing at 145℃ was appropriate to flatten particulate films. With a condition mentioned above, we conducted EPD on seed layers with a thickness of 430 nm to examine a relationship among a thickness, electric field and time. For a short depo-sition time, the thickness was proportional to the time, while for long deposition time, the thickness did not increase anymore. At an electric field of 3kV/m, the films with thickness of 1 μm were obtained. In addition, we observed that the saturated thickness was proportional to the electric filed. Besides, we conducted EPD procedure on seed layers with a thickness of 50 nm and 100 nm. As a result, the particles were deposited with the same thickness at a same electric field on each seed layers, regardless of their thickness, indicating that most of voltage drop was across the suspension.

본 연구를 통하여 Seed layer를 이용하여 P(VDF-TrFE)를 증착하는 하이브리드 증착 공정을 개발하였다. ITO 전극에 P(VDF-TrFE)를 증착하는 실험을 통하여 모서리 부분에 집중된 전기장에 의하여 필름이 edge에 두껍게 증착됨을 확인하였다. 전기장 분포를 시뮬레이션을 통하여 확인하였고, 전기장 집중으로 인해 증폭되지 않은 부분에서의 증착 양상을 확인하였다. 또한 ITO 필름과 TiN 필름에 증착 양상을 비교하여, TiN 필름에는 같은 조건에서 P(VDF-TrFE) 입자가 증착되지 않음을 확인하였고, 이를 통해 P(VDF-TrFE)와 전극의 접창성에 따라 증착이 되지 않을 수 있음을 확인하였다. P(VDF-TrFE) 전기영동 증착법의 활용성을 높이기 위하여, 우리는 seed layer 개념을 도입하였다. Seed layer는 P(VDF-TrFE) par-ticle과 전극간의 접착력을 향상시켜주는 중간층 역할을 한다. Seed layer에 대한 EPD 증착 조건을 확립하기 위하여 기존의 용액 공정인 spin coating을 통하여 430nm의 P(VDF-TrFE)를 Au 기판 위에 증착해 주었고, 그 기판에 EPD 실험을 실험하였다. 하지만 기존의 2-propanol의 현탁액을 사용한 경우, P(VDF-TrFE) film에 대하여 2-propanol이 나쁜 젖음성을 갖고 있기 때문에 입자가 평평하게 증착되지 않았다. 이를 해결하기 위하여 불소 폴리머에 대한 젖음성이 상대적으로 우수한 2-butanone 용액을 소량 첨가하여 실험을 진행하였다. 그 결과 5v/v%의 용액에서 평평하게 입자가 증착됨을 SEM image를 통하여 확인하였다. 그리고 입자가 증착된 필름의 평탄화를 위하여 녹는점 부근의 온도에서 2시간 동안 열처리를 거쳤다. AFM을 통해 열처리 온도에 따른 roughness 값을 확인하였고, 145 도가 평탄화에 가장 적합하다는 사실을 알 수 있었다. 위에서 정한 조건을 토대로, P(VDF-TrFE)의 증착 두께와 시간 혹은 전기장과의 관계를 확인하였다. 이를 위하여, 430 nm P(VDF-TrFE) film 위에 P(VDF-TrFE)를 증착하였다. 증착 초기에는 시간에 비례하였지만, 일정 시간이 지난 후 두께는 포화됨을 확인하였다. 3kV/m의 전기장에서 최종 두께는 약 1um였다. 그리고 포화 두께는 전기장에 비례한다는 사실을 확인하였다. 전기장과 최종 두께는 거의 선형적인 관계를 나타내었다. 또한, 50nm P(VDF-TrFE) film과 1000 nm P(VDF-TrFE) film에 증착해본 결과, 같은 두께의 P(VDF-TrFE) 입자가 증착되었음을 확인하였다. 이는 미리 증착되어 있던 P(VDF-TrFE) film으로 인한 전압 강하가 두께에 상관없이 비슷함을 의미한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DMS 15022
형태사항 iii, 80 : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김연태
지도교수의 영문표기 : Kwang Soo No
지도교수의 한글표기 : 노광수
Including Appendix
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References : p.
주제 Ferroelectrics
EPD
Seed layer
P(VDF-TrFE)
Deposition method
강유전체
EPD
증착법
P(VDF-TrFE)
seed layer
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