Free-Standing Three Dimensional Microwire Sensors and Actuators based on Direct Writing Methods

Abstract

직접성장법은 3차원의 미세 구조체를 제조하는데 가장 효과적으로 사용되고 있는 3D 프린터 기술의 한 분야이다. 특히 직접성장법은 x, y, z 축으로 움직이는 미세 노즐을 이용하여 기판 위에 구조체를 직접 제조하는 방법을 사용함으로써, 간단한 작업 공정을 통해 복잡한 모양의 미세 구조체를 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다. 그동안 이러한 장점을 바탕으로 한 다양하고 복잡한 형태를 가지는 미세 구조체가 보고되어 왔으나, 기능성 소재를 직접성장법에 직접 적용시켜 그 기능성을 살펴본 연구는 상대적으로 제한적이었다. 본 학위 논문에서는 다양한 종류의 기능성 소재를 직접성장법에 적용시킴으로써, 기능성을 지닌 미세 구조체의 제조법과 이를 응용한 연구에 대해서 기술하고 있다. 첫 번째로 다양한 자극에 대한 변색성을 지니고 있는 폴리다이아세틸렌을 이용하여 신호 증폭 현상을 지니는 미세 튜브 구조의 센서를 제조하였다. 그 동안 튜브 형태를 가지는 폴리다이아세틸렌 미세 구조는 복잡한 공정을 통하여 얻을 수 있었던 반면에, 직접성장법을 통하여 쉽게 튜브 구조를 제조 할 수 있었다. 또한 만들어진 미세 구조체를 이용하여, 70~140 나노리터의 적은 양으로도 대상 물질을 검출하는 새로운 방법을 소개하였고, 기존 폴리다이아세틸렌을 이용한 검출 감도 보다 약 1,000배 정도의 민감도 향상 효과를 가지는 센서를 제조하였다. 두 번째로 섬유상의 바이러스를 이용하여 처음으로 마이크로 사이즈를 가지는 미세 구조체를 제조하였다. 성장 속도를 달리하여 만들어진 3차원 바이러스 미세 구조의 표면 분석을 통하여, 섬유상의 바이러스가 가지는 네마틱, 콜레스테릭, 스메틱한 액정 특성을 가지고 있음을 직접 확인하였다. 또한 실용적인 응용을 위해 외부 자극에 의해 움직이는 미세 엑츄에이터를 제조하였다. 직접성장법을 통한 미세 구조체 제작기술은 간단한 방법으로 기능성 소재에 활용할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 별다른 매트릭스나 템플레이트를 사용하지 않고 직접 3차원의 미세 구조체를 제조한다는 점은 직접성장법만이 가진 고유의 장점이며, 소재의 기능성을 그대로 유지한 채로 높은 표면적 비를 가지는 미세 구조체를 제조할 수 있다는 점에서 다양한 소재로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.