Fabrication of zirconia nanoparticle arrays on a wettability tuned Substrate and Controllable Factors

Abstract

본 논문에서는 Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) 재질의 스탬프를 이용한 소프트 리소그래피 공정 중에서도 마이크로 컨택트 프린팅 방법으로 표면에 자가조립 단층막 (Self-Assembled Monolayers, SAMs)의 형성을 통하여 젖음 특성을 조절한 기판 위에 지르코니아 (ZrO2) 나노입자의 패턴구조를 형성해 봄으로써 나노입자의 패턴을 쉽고 간단하게 만듦과 동시에 효과적으로 패턴의 형성을 제어할 수 있는 방법에 대한 연구를 소개하고자 한다. 기판의 표면은 친수성을 가지는 패턴영역과 소수성을 가지는 테두리 영역으로 젖음 특성이 조절되어 있기 때문에 수용액 상에 분산된 ZrO2 나노입자들은 콜로이드 내에서 입자 표면이 가지는 전하에 의한 정전기적 상호작용 없이 선택적으로 친수성을 갖는 패턴 위에 달라붙어 구조를 형성하게 된다. 이러한 공정을 이용하면 기판은 물론 나노입자의 표면이 가지는 전하와 무관하게 패턴구조를 쉽게 얻을 수 있다. 무엇보다도 본 논문에 소개된 방법을 이용할 때, 친수성을 가지는 영역의 크기, 기판을 콜로이드에 넣어두는 시간, 그리고 ZrO2 나노입자 콜로이드의 농도 등을 조절함으로써 패턴을 형성하는 나노입자의 개수를 쉽게 조절할 수 있다. 친수성을 나타내는 영역의 지름이 5 μm에서 10 μm으로 증가했을 때 패턴을 형성하는 나노입자의 수는 10배까지 증가하였으며, 흡착 시간을 1분에서 60분 까지 조절했을 때는 2배, ZrO2 나노입자의 농도를 조절했을 때에는 4배까지 증가하는 경향을 보였다. 이렇게 젖음 특성을 조절하여 얻은 패턴구조의 파장에 따른 엘립소메트리 반사를 측정하여 사용된 나노입자의 특성과 비교하여 광학적 응용가능성을 알아보았다.