나노操作機를 利用한 ZnO 나노막대의 物性測定 시스템 開發

Abstract

본 연구는 절단된 TEM 그리드를 사용하는 방법을 통하여 sol-gel 기법으로 성장 된 ZnO 나노막대의 굽힘물성 측정과 전기적 물성을 측정하기 위하여 측정 시스템을 개발하였으며, 이로부터 다음과 같은 결론을 도출하였다. (1) sol-gel 방법을 이용하여 약 7 ㎛의 길이와 지름이 약 500 nm인 ZnO 나노막대를 성장시켰고, 성장된 ZnO 나노막대는 절단된 TEM 그리드에 분산하여 기계적 물성과 전기적 물성을 측정할 수 있는 기술을 개발하였다. (2) 절단된 TEM 그리드에 수직으로 놓인 ZnO 나노막대는 그리드와 접촉된 끝단을 E-beam 주사를 통하여 고정하고 힘센서로 외팔보 굽힘 시험을 수행하여 굽힘 응력과 굽힘 변형율을 1.14 GPa, 3.94 %로 각각 측정하였고, 이 값을 바탕으로 굽힘 탄성계수 33.15 GPa을 얻었다. (3) ZnO 나노막대의 인장시험을 수행하여 인장응력과 인장 변형율을 538 MPa, 1 %로 각각 측정하였고, 이 값을 바탕으로 탄성계수 50.3GPa을 얻었다. (3) 굽힘 시험과 같은 방법으로 ZnO 나노막대를 준비하고, 금 박막이 씌워진 텅스텐 팁을 ZnO 나노막대에 접촉하였을 경우 전압 인가에 따른 전류의 변화를 측정하여 n-type 반도체의 전기적 특성을 얻었다. (4) 기 측정 시스템으로 다른 종류의 나노튜브, 나노선, 나노막대등과 같은 나노구조체에 대하여 기계적, 전기적 물성을 측정 가능할 것으로 사료된다.

The tensile test and bending test for a ZnO nanorod was performed using a nano-manipulator and a force sensor inside the scanning electron microscope (SEM), which the mechanical properties of ZnO nanorod were also discussed. The ZnO nanorod used in this experiment was fabricated by means of solution base process. The force sensor used for mechanical test of ZnO nanorod was a cantilever type. The force sensor was mounted on the nano-manipulator. The nano-manipulator was controlled and manipulated by a personal computer. The bending modulus and an elastic modulus of a ZnO nanrod was calculated at 33.15 GPa and 50.3 GPa, respectively. The electrical properties of the ZnO nanorod was measured by using the gold coated W-tip on the nano-manipulator. The variation of current was measured with changing the applied voltage to the ZnO nanorod. It was confirmed that the ZnO nanorod was the n-type semiconductor from measuring the I-V curve. Finally, we suggested that this measurement techniques for the mechanical and electrical properties of the ZnO nanorods could be applied to the evaluation for the safety and confidence of the nanostructured material based the nano devices such as force sensor, pressure sensor, actuator and so on.