스프레이 증착법을 이용한 전극 및 분리막의 표면 개질 향상 연구

Abstract

최근 박막 제조 및 표면 개질을 위하여 다양한 공정들이 사용되고 있다. 하지만 CVD법(chemical vapor deposition), sputtering, evaporation, plasma-etching 등은 진공상태에서 공정이 진행되기 때문에 복잡하며 많은 비용이 든다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 스핀 코팅 (spin coating), 딥 코팅 (dip coating), 스프레이 코팅 (spray coating) 등의 공정에 대한 연구가 많이 진행되고 있었다. 이 중 스프레이 증착법은 저렴한 공정 비용, 빠른 공정 속도, 다양한 패턴에 대한 패터닝과 대면적화에 대해서도 유용해 가장 많이 사용되는 공정 중 하나이다. 스프레이 노즐, 증착되는 용액, 가스 및 가스를 운반하기 위한 압력으로 이루어져 있어 장치 구성이 간단하며, 한번의 분사로 하나의 층의 형성이 가능해 증착 속도가 빠르고 두꺼운 층을 얻기도 쉽다. 또한 평평한 기판뿐만 아니라 3차원 구조를 가진 기판에도 증착이 매우 쉬워 다양한 패터닝에 사용된다. 이러한 스프레이 증착을 위해서는 용액의 농도, 용매의 종류, 기판의 물리적 특성, 용액의 유량, 노즐에서 분무 된 액적을 기판으로 이동시키는 가스의 압력 및 종류, 노즐과 기판 사이의 거리가 모두 고려되어야 한다. 본 연구에서는 스프레이 증착법을 이용하여 전극 및 분리막의 표면 개질을 하였고, 특성을 조사하였다. 스프레이 증착법을 이용하여 ITO nanoparticle을 유리 기판 위에 증착해 Organic light-emitting diode(OLED)의 광 추출 효율 향상을 위한 random scattering layers를 제작하였다. 스프레이 증착으로 ITO 표면은 다양한 액적 크기를 가진 ITO 층이 형성되었고 무작위적인 거칠기를 가질 수 있었다. 스프레이 증착을 이용한 표면 개질을 통하여 제작된 ITO random scattering layers는 산란효과를 가졌으며, 이는 평형 투과율과 적분구를 통하여 측정된 투과율을 비교하여 확인할 수 있었다. 또한 ITO 층의 두께를 증가시켜 OLED의 양극으로 사용할 수 있는 낮은 면저항 (~ 300 Ω/cm2)을 갖는 전극을 제작 할 수 있었다. 다음으로 silane coupling 처리된 SiO2 nanoparticles을 PUA 멤브레인 위에 스프레이 증착을 해서 물과 기름을 효율적으로 분리 할 수 있는 초소수성 분리막을 제작하였다. 스프레이 증착법을 이용한 표면 개질로 초소수성 표면에 필요한 마이크로 / 나노미터 수준의 계층적 구조를 성공적으로 구현할 수 있었다. 증착된 SiO2 nanoparticles이 응집되어 마이크로미터 크기의 표면 거칠기를 형성하였고, 응집된 SiO2 nanoparticles 사이에 나노미터 크기의 표면 거칠기를 형성하고 나노미터 크기의 빈 공간이 생기는 것을 확인 할 수 있었다. 스프레이 증착법을 이용하여 분리막의 표면 개질을 향상시켜 오직 중력의 힘에 의해서만 hexane과 물의 혼합물에서 hexane만을 성공적으로 분리 할 수 있었다.