(A) study on mechanical characteristics of metal nanoparticle thin films on flexible substrates유연 기판 위 금속 나노입자 박막의 기계적 특성

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본 학위논문에서는 금속 나노입자 박막의 기계적 특성을 연구하였다. 용액 공정 기반으로 유연 폴리머 기판 위에 제작된 은 나노입자 박막의 표면 미세구조를 관찰하고 인장 변형룰하에서의 전기적 저항 변화를 측정하며 기계적 인장 특성을 연구하였다. 열처리 온도와 박막에 비해 다공성 및 알갱이형태의 표면 구조를 보였으며 이로 인하여 상대적으로 낮은 파손 변형률을 보였다. 또, 실리콘 기판 위에 제작된 은 나노입자 박막의 열처리 조건에 따른 접합특성도 연구하였으며 열처리 조건에 따라 높은 접합 에너지를 갖는최적화된 조건을 있음을 밝혔다. 연구 결과로부터 나노입자를 둘러싸고 있는 유기막의 일부가 열처리에 의해 유기 잔여물이 되어 기판으로 녹아 내리고 이 유기 잔여물이 기판과 박막의 접합을 이어주는 가교역할을 하여 접합 에너지가 향상됨을 입증할 수 있다. 이 외에도 유연 기판 위 은 나노입자-나노와이어 하이브리드 박막의 전기-기계적 특성도 연구하였다. 하이브리드 박막은 나노 와이어의 농도가 높을수록 순수 은 나노 입자 박막에 비해 더 작은 선폭을 갖는 선 패턴에 대해서도 연구를 진행하였으며 하이브리드 선 패턴이 순수 은 나노입자보다 더욱 신뢰성 높은 전기-기계적 특성을 보임을 입증하였다. 실시간 전자현미경 관찰을 통하여 하이브리드 박막에서 크랙 성장 방향에 수직으로 놓여져 있는 나노와이어가 크랙의 성장을 막으며 이와 더불어 일부 크랙의 양쪽 끝이 표면 및 내부의 나노와이어에 의해 연결되어 크랙의 성장을 방해하고 전기적 접촉을 가능하게하여 전기-기계적 신뢰성을 향상시킴을 확인할 수 있었다. 또한, 은 나노입자 박막의 염화물 용액 노출에 따른 접합 및 전기-기계적 특성 변화도 연구하였다. 염화물에 노출된 시간이 오래될수록 나노입자 표면의 유기막이 염소 이온에 의해 분해되어 박막 표면의 기공이 점점 커지고 이로 인하여 파손 변형률도 더 낮아지는 것을 확인하였다. 그리고 기판과 나노입자 박막 사이의 유기 잔여물도 염화물에 의해 제거가 되기에 접합 특성에도 큰 영향을 끼쳐 테이프 접합 실험에 의해 은 나노입자 박막이 기판으로부터 완전히 뜯겨져 나오는 것을 확인하였다. 실시간 접자현미경을 이용하여 변형률에 따른 크랙의 성장 정도와 기판으로부터 박막의 박리현상을 관찰하였다. 염화물 노출에 따라 수반되는 여러 문제점을 해결하기 위하여 은 나노입자 표면을 패럴린 폴리머 막과 그래핀, 산화 그래핀 막으로 보호막을 형성하여 염화물 용액의 침투가 되지 않는 것을 입증하였다. 본 학위논문에서는 금속 나논입자 박막의 인장, 접합 특성뿐만 아니라 전기-기계적 특성까지도 연구하였따다. 순수 은 나노입자 외에도 나노와이어가 섞인 하이브리드 박막을 제작하여 전기-기계적 특성을 향상시켰으며 은 나노입자 박막의 염화물 노출에 따른 특성 변화를 연구하였다. 본 연구가 금속 나노입자 박막 또는 패턴의 기계적 신뢰성 평가 및 높은 기계적 신뢰성을 갖는 유연 전자 소자 제작에 큰 도움이 되기를 기대한다.
Advisors
Park, Inkyuresearcher박인규researcher
Description
한국과학기술원 :기계공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2016
Identifier
325007
Language
eng
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 2016.2 ,[xiii, 111 p. :]

Keywords

metal nanoparticle; metal nanowire; hybrid film; flexible substrate; mechanical characteristic; 금속 나노입자; 금속 나노와이어; 하이브리드 박막; 유연 기판; 기계적 특성

URI
http://hdl.handle.net/10203/220579
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=648091&flag=dissertation
Appears in Collection
ME-Theses_Ph.D.(박사논문)
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