Azobenzene polymers exhibit extraordinary molecular behavior upon light irradiation. For example, when linearly polarized light is irradiated, the azobenzene molecules are aligned in a direction perpendicular to the polarization as they undergo repeated/reversible trans-cis-trans isomerization cycling. Interestingly, the light-responsive molecular behavior results in macroscopic behavior of azobenzene polymer, called directional photo-fluidization. The rep-resentative characteristic of the behavior is that the azobenzene polymer behaves like fluid even below its $T_g/T_m$ under irradiation. More importantly, the photofluidic mass-migration is anisotropic in a direction parallel to the light polarization. Such polarization-dependent, flu-idic movement can be usefully used in various applications ranging from mi-cro/nanostructuring to superomniphobic surface.
This thesis is classified in 6 main parts. In Chapter 1, azobenzene polymers and their light-responsive behaviors are presented as follows: i) the light-responsive molecular behav-ior of azobenzene molecules, ii) the light-responsive macroscopic behavior of azobenzene polymer (i.e. the directional photofluidic behavior of azobenzene polymer), and iii) the rele-vant applications in macro/nano-fabrication (i.e. directional photofluidization lithography). In Chapter 2, the development of heat-free, solvent-free and curing-free imprint lithography that is enabled by an important discover of vertical-directional photofluidization is present-ed. In Chapter 3, an efficient way to transfer micro/nano-patterns to functional material (i.e. silicon wafer) is presented, where it exploits azobenzene polymer as etch-mask that produce diverse patterns ranging from few microns to 100 nm with vertical sidewall profile. In Chapter 4, a pragmatic method creating polymeric mushroom-structures that produce flexi-ble and robust superomniphobic surface is discussed. In Chapter 5, the development of alumina-patterning method that provide structural reconfigurability and fab-simplicity is presented. Finally, in Chapter 6, brief summary of this thesis is presented..
아조고분자는, 아조벤젠기의 빛에 대한 이성질화 반응에 의해, 빛을 받으면 유체화 되는 독특한 특성을 보인다. 뿐만 아니라, 빛을 받아 유체화 되어 흐르는 그 방향이 빛의 편광방향과 나란한 방향성을 갖는다는 매우 흥미로운 특징을 갖는다. 이 특징을 적절히 이용하면, 빛의 편광 (선형/타원/원형편광, 간섭 빛에 의한 주기적 편광 등) 조절을 통해 아조고분자 미세구조체의 구조를 임의로 조작할 수 있다. 또한, 아조고분자의 고체에서 액체 및 액체에서 고체의 상 변화가 빛의 on/off 에 즉각적으로 반응하여, 빛 조사시간 조절을 통해 구조의 임의 조작이 더욱 용이하고, 유체화 특성 상, 구조의 표면거칠기가 작아, 고해상도의 (수십 nm) 미세구조 제작까지 용이하다.
본인은 지난 박사 학위 기간, 이와 같은 광유체화 특성을 보이는 아조고분자를 이용해서 주기적 미세구조체를 제작하는 기술과 물과 기름에 젖지 않는 초소수성/초소유성 표면을 제작하는 기술을 개발하였다. 조금 더 상세하게는 다음과 같다.
1. 아조고분자를 수직 방향으로 유체화시켜 임프린트 방식으로 미세 구조체를 형성시키는 기술 – (Chapter 2)
2. 아조고분자를 식각 공정의 마스크로 사용하여 실리콘 표면을 미세 패턴하는 기술 – (Chapter 3)
3. 아조고분자의 국부적 유체화를 이용해 우수한 초소수(유)성 특성을 보이는 버섯구조를 제작하는 기술 – (Chapter 4)
4. 광유체화 현상을 이용해 알루미나 물질을 미세패턴하는 기술 – (Chapter 5)
본 학위논문에선, 아조벤젠기의 분자적 거동 및 그로 인한 아조고분자의 광유체화 현상 설명을 시작으로 (Chapter 1), 이 현상을 통해 개발한 미세구조 및 초소수성/초소유성 표면 제작 기술들에 대해 차례로 설명하고 (Chapter 2-5), 결론을 맺으면서 (Chapter 6) 전개 및 마무리 된다.
