마이크로/나노트라이볼로지

마이크로/나노 스케일에서 재료의 트라이볼로지 특성은 재료의 표면 조도나 표면 에너지, 표면 강도 등의 표면 상태에 의해 크게 영향을 받습니다. MEMS/NEMS에서 많이 사용되는 폴리머는 주로 기판에 코팅되어 필름의 형태로 사용이 됩니다. MEMS/NEMS에서 사용되는 열가소성 폴리머 필름의 경우 온도에 의해 폴리머 필름의 물성이나 표면 상태가 크게 달라질 수 있습니다. 결과적으로 열가소성 폴리머의 경우 온도에 의해 트라이볼로지 특성이 크게 달라지게 됩니다.

본 연구에서 사용되는 열가소성 폴리머는 poly(methyl methacrylate)(PMMA)이며 PMMA 필름은 anisole이라는 용매에 PMMA bead를 녹인 용액을 substrate에 스핀 코팅하여 제작 됩니다. 그런 다음 hotplate 또는 convection oven에서 베이킹 과정을 거치게 됩니다. 베이킹 과정 동안에 PMMA 필름 표면 및 내부에 있던 anisole은 증발하거나 기화되어 빠져 나가게 됩니다. 온도에 따라 glassy, rubbery, viscous 상태로 변화하는 열가소성 폴리머인 PMMA 필름은 베이킹 되는 온도나 시간 등의 베이킹 조건에 따라 PMMA 필름의 표면 상태는 달라지게 되고 이는 PMMA 필름의 점착, 마찰 등의 트라이볼로지 특성에 영향을 주게 됩니다.

               

PMMA 필름의 나노트라이볼로지 특성을 연구하기 위하여 나노 스케일에서의 트라이볼로지 특성을 연구하는데 있어 유용한 도구로 많이 이용되고 있는 Atomic Force Microscope (AFM)를 사용하였습니다. AFM을 이용하여 점착력은 AFM tip과 샘플을 붙였다 떼어낼 때 얻을 수 있는 Fig 2(a)와 같은 Force-Displacement curve(F-D curve)를 통해서 측정할 수 있습니다. 또한 마찰력은 AFM tip을 샘플과 접촉시킨 상태에서 상대 운동을 왕복하여 시킬 때 얻을 수 있는 Fig. 2(b)와 같은 friction loop에서 trace와 retrace 방향에서 측정되는 신호를 통해 마찰력을 구할 수 있습니다. 이렇게 측정된 마찰력과 점착력 결과를 통해서 열가소성 폴리머 PMMA 필름의 베이킹 조건이 나노트라이볼로지 특성에 미치는 영향에 대해 연구를 수행하고 있습니다.



















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