서강대학교

초록/요약

다공성 탄소 소재는 뛰어난 물리적, 화학적 특성과 쉬운 가공 특성, 그리고 낮은 제조단가 등의 장점으로 연료전지와 리튬이온 전지 등의 배터리 전극 소재나 에너지저장장치(supercapacitor), 분리공정의 흡착제, 가스 저장장치, 그리고 촉매공정의 중요한 지지체로 응용되고 있다. 본 논문에서는 다중빔 광간섭 리소그래피를 통해 고분자의 3차원 기공구조를 제조하고 이를 열처리를 통해 직접 탄화하여 3차원 기공구조를 갖는 탄소 구조체를 형성하였다. 특히, 다중빔 광간섭 리소그래피를 통해 제조한 3차원 SU-8 우드파일(woodpile) 패턴을 구조적인 붕괴 없이 탄화시키는 방법인 supported pyrolysis 공정에 대한 연구를 수행하였다. 다중빔 광간섭 리소그래피는 마스크를 사용하지 않고 빛의 간섭 현상을 이용하여 다양한 구조를 쉽게 패터닝 할 수 있는 기술로, 빛의 평광 방향, 파장 등에 의해 기공의 크기와 구조를 자유롭게 조절할 수 있다. 본 연구에서는 프리즘을 이용한 광간섭 리소그래피를 적용하였으며, 조사시간을 제어하여 기공크기를 제어할 수 있었다. Supported pyrolysis 공정은 3차원 패턴의 탄화 과정에서 발생하는 3차원 기공 구조의 붕괴와 수축을 해결하기 위해 화학기상증착법을 이용한 무기물 코팅을 도입하여 패턴의 기계적인 강도를 높이는 기술이다. 또한 무기물의 두께에 따라 매크로 기공 크기나 다양한 스케일의 기공을 가지는 3차원 탄소 구조를 제조할 수 있다. 다중빔 광간섭 리소그래피로 제조한 3차원 SU-8 우드파일 패턴이 탄화하는 과정에서 발생하는 3차원 구조의 붕괴와 수축의 원인을 파악하기 위해 SU-8 포토레지스트의 열중량 분석을 하였다. 그리고 supported pyrolysis 공정으로 제조한 3차원 다공성 탄소 구조를 SEM (scanning electron microscopy) 분석을 통해 3차원 구조의 상태 및 수축률을 평가하였다. 또한, 3차원 다공성 탄소 구조에서 실리카의 제거 상태를 평가하기 위해 EDAX (energy dispersive x-ray spectroscopy) 분석을 실시하였고, 이의 결정성과 전기 전도성을 각각, 라만 스펙트럼과 전류측정 AFM (atomic force microscopy)으로 분석하였다.