펨토초 레이저 직접묘화 기반 목질계 재료상 레이저-유도-그래핀 생성 및 응용

Abstract

나무는 인간에게 가장 유익한 재료 중 하나로 선박, 무기, 건물, 차량 등 다양한 용도로 오랫동안 인간의 필수 도구로써 사용되어왔다. 탄성, 내구성, 가공 용이성, 고강도, 얻기 쉽다는 등의 장점들로 인하여 목재는 보다 유익하고 필수적인 재료로써 자리매김되었다. 그러나 목재 자체는 수분 함량에 영향을 받으므로 습도에 따라 변형이 될 수 있고, 벌레로 인한 데미지, 풍화 작용 등에 의해 부패할 수 있다는 단점이 있다. 기술이 발전함에 따라 한동안 이러한 문제점들을 피하기 위해 다양한 재료들이 개발되어 사용했지만 이와 동시에 기존 목재의 단점을 극복하기 위해 많은 기술들이 개발되었다. 강도를 높이고, 습도에 의한 변형률을 줄이고, 투명하게 만들고, 밀도를 높이는 등 다양한 연구들은 꾸준히 진행되었다. 그러나 목재 자체를 보다 다양하게 활용하기 위해서는 비전도성 재료인 목재에 전도성을 부여하는 방법을 고려할 수 있다. 본 학위논문에서는 극초단 펨토초 레이저 직접 묘화 기술을 사용하여 대기 중에서 목재 재료에 고품질의 레이저-유도-그래핀을 생성하는 방법을 제시하였다. 3 차원 다공성 레이저-유도-그래핀의 경우 자유로운 디자인으로 제작이 가능하며 넓은 비표면적, 높은 열안정도, 높은 전기전도도, 높은 생산성 및 비교적 저렴한 가격의 장점을 가진다. SEM, 라만 분광, XRD, XPS 등의 다양한 분석들을 통해 고품질의 레이저-유도-그래핀이 목재 상에서 쉽게 생성될 수 있음을 검증하였다. 또한 생성된 목재상 그래핀 전극을 적극적으로 활용하기 위하여 히터, 온도센서, 목재 간 전극 생성 등을 통해 스마트 그린 홈에 적용될 수 있는 가능성을 보였다. 더 나아가 목재상 그래핀 전극을 투명 폴리머로 전사하여 유연한 온도 센서로 더욱 다양하게 활용할 수 있음을 보였다. 또한 금속 물질을 레이저-유도-그래핀에 패터닝과 동시에 임베디드하여 전극의 전기전도도를 높일 수 있는 기술을 확보하였다. 마지막으로 레이저-유도-그래핀 전극은 재활용 목재, 목탄 파우더 등 기타 목질계 재료 상에서도 생성될 수 있음을 보였다.