Investigation of adhesion and mechanical property control of UV-curable PDMS via laser patterning : 레이저 패터닝을 통한 UV 경화성 PDMS의 접착 및 기계적 특성 제어에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 레이저 보조 선택적 경화를 활용하여 폴리디메틸실록산(PDMS)의 접착성과 기계적 특성을 제어하는 방법을 제시하였다. 기존의 벌크 경화된 PDMS는 본질적으로 비접착성과 높은 강성을 지니고 있어 웨어러블 전자소자나 바이오메디컬 응용에 직접 사용하기에는 한계가 있었다. 본 논문에서는 자외선 나노초 펄스 레이저를 이용하여 국소적으로 가교밀도를 조절함으로써, PDMS 내부에 부분적으로 낮은 가교 영역을 형성하여 접착성과 연성을 부여하는 동시에, 전체 네트워크의 안정성과 기계적 강도는 유지할 수 있음을 확인하였다. 실험 결과, 10 μm 스캔 간격으로 레이저 경화한 시편에서 접착력이 발현되었으며, FT-IR 분석, 젤 분율 및 팽윤 시험을 통해 벌크 PDMS의 화학적 안정성을 그대로 유지하면서도 제한적인 사슬 이동성이 부여됨을 확인하였다. 또한 인장 시험을 통해 연신율이 향상되어 기존 완전 경화된 PDMS에서는 관찰되지 않는 기계적 유연성을 확보하였다. 그러나 초기 미경화 영역은 시간이 지남에 따라 백금 촉매에 의해 추가 경화가 진행되어 접착력이 소실되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 H2O2 처리를 통한 촉매 불활성화 방법을 도입하여, 반영구적이고 반복 가능한 접착 특성을 구현하였다. 더 나아가, 은 나노와이어 전극을 전사 및 패터닝하여 PDMS 기판 위에 투명 전극을 제작하고, 이를 활용한 투명 열 히터 소자의 구동을 시연하였다. 이를 통해 레이저 패터닝 기반 접착성 PDMS가 유연 전극 소자 제작에 유효하게 적용될 수 있음을 보였다. 마지막으로, 수지 점도가 접착력 발현에 영향을 줄 수 있음과 더해 다양한 자외선 경화성 고분자 시스템으로의 확장이 가능함을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Theory 3
• 2.1 Polymer curing 3
• 2.2 Principles of Laser-Assisted Photocuring 9
• 2.3 Origin of adhesion in polymers 12
• 2.4 FT-IR spectroscopy 17
• Chapter 3. Experimental section 19
• 3.1 Materials 19
• 3.2 Preparation and characterization of PDMS film 19
• 3.3 Fabrication of PDMS-based sensor with transferred Ag-NW electrodes 20
• 3.4 Measurements 20
• Chapter 4. Results and discussions 22
• 4.1 Formation of adhesion in laser-cured PDMS 22
• 4.2 Adhesion durability and stabilization 30
• 4.3 Application 36
• 4.4 Viscosity dependence and broader implications 39
• Chapter 5. Conclusions 40
• References 41