Light-induced molecular motions in azobenzene-containing materials for use in micro/nano patterning and light-powered healable electrical conductor

Abstract

본 연구논문은 아조물질의 광유체이동현상을 이용한 주기적인 미세 구조체 제작 그리고 자기회복이 가능한 전기전도체 제작하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서 사용하는 핵심 물질은 아조물질이며, 이는 아조벤젠기에 양쪽 벤젠링이 달려있는 분자가 거대 분자 (고분자, 글라스, 및 초분자 등) 에 연결되어있는 형태이다. 아조물질은 빛을 받았을 때 트랜스/시스/트랜스 이성질화가 발생하며, 이는 빛의 편광과 수직하게 배열될 때까지 반복적으로 일어난다. 신기하게도, 이러한 현상으로 인하여 아조물질이 빛에 편광방향과 나란하게 움직이는 비등방성 유체이동 현상이 유도된다. 현재 이러한 현상에 대한 명확한 이유가 밝혀지지 않았으나, 이 현상은 마이크로/나노 패터닝, 태양전지, 발광다이오드, 나노 광학 등 많은 분야에 효율적으로 적용가능하다. 본 논문은 총 6개의 챕터로 구성되어있다. 챕터 1에서는 아조 물질의 광유체특성, 구동 원리에 대한 고찰, 아조 물질을 활용한 기존 마이크로/나노 구조체 제작을 소개하였다. 챕터 2에서는 아조고분자를 선형패턴을 한 후 다양한 간섭 편광 빛을 조사하여 아조고분자의 움직임을 관찰하였다. 본 챕터에서는 아조물질의 간섭 편광에 대한 거동을 분석하는 중요한 결과를 제시하였다. 챕터 3에서는 아조물질을 이용하여 높이가 다른 구조체의 윗면과 아랫면에 서로 다른 형태의 주기적 패턴을 제작할 수 있음을 보였다. 본 챕터에서는 제작한 구조체를 디스플레이의 핵심 소자인 플라즈모닉 칼라 필터로 응용하였다. 챕터 4에서는 아조물질의 비등방성 거동을 이용하여 빛으로 자기회복이 가능한 전기전도체를 제작하였다. 제작한 자기회복 전기전도체는 아조물질 층 위에 은나노와이어가 네트워크로 분산되어있는 형태로, 외부의 자극으로 전기전도도 단락이 발생하였을 시 아조물질의 광유체이동 현상을 유도하여 도포된 은나노와이어를 끌고 이동시켜 접합함으로써 단락된 전기전도도를 회복하는 형태이다. 이러한 자기회복 시스템은 빠르게, 원하는 위치에서만, 주위 전자 부품에 피해없이 단락된 전기전도도를 회복할 수 있다. 추가적으로 제작한 자기회복 전기 전도체는 연성특성을 가지고 있어 웨어러블/플렉시블 기기의 전기회로에도 사용가능하다. 챕터 5에서는 실리카 전구체에 아조분자를 결합시켜 빛을 이용하여 패터닝을 하고 이를 실리카로 변환시켜 실리카 패턴을 제작하는 일을 소개하였다. 본 방식으로 30나노 이하의 매우 작은 갭을 갖거나, 복잡한 형태의 실리카 패턴을 단순한 빛 조사 및 열처리만으로도 제작할 수 있음을 보였다. 마지막 챕터 6에서는 본 연구논문을 최종 요약하였다.