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양극 산화 알루미늄을 활용한 두께 조절 가능한 산화 그래핀 필름 제조
김태희(Taehee Kim),조현호(Hyeonho Cho),김승한(Sunghan Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11
Recent studies report that during vaporization, colloidal particles in the fluid accumulate at the edge of the droplet due to the so-called coffee-ring effect. This coffee-ring effect results in non-uniform deposition as well as non-tunable thickness of deposition. In this study, we demonstrated that the thickness of graphene oxide (GO) films can be engineered using anodic aluminum oxide (AAO) substrates and that uniform GO films can be obtained. The controllable thickness and uniformity of the GO films were obtained through tailored hydrodynamic flow of droplets due to the porous nanostructures of the AAO substrate. We also developed a novel approach to measure the thickness of GO films using optical microscopy. The deposition thickness of the GO film measured using optical microscopy was found to be consistent with that measured using atomic force microscopy. These findings are useful for applications using GO films, such as inkjet printing, wearable sensors, and biological applications.
드롭 캐스팅을 이용한 균일한 산화 그래핀 필름 제조에 관한 연구
김태희(Taehee Kim),조현호(Hyeonho Cho),김승한(Sunghan Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
드롭 캐스팅 기법은 얇은 필름 재료를 쉽고 간단하게 제작하는 방법으로 많은 엔지니어링 응용 분야에 적용되며 널리 연구되고 있다. 하지만 콜로이드 입자가 포함된 액적의 경우, 드롭 캐스팅 기법 과정 중 기판 위의 액적 표면의 불균일한 증발로 인해 액적 내부에서 바깥으로 흐르는 유동이 생성되고, 입자는 액적의 가장자리로 이동하게 된다. 이러한 현상을 커피링 효과라고 한다. 산화 그래핀은 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있어 많은 연구에서 사용되고 있다. 또한, 물에 잘 분산되는 성질 때문에 드롭 캐스팅 기법을 사용한 얇은 필름 형성에 적절한 재료이다. 하지만 이러한 재료의 드롭 캐스팅 기법에 대한 연구는 아직 부족하며 활발한 연구가 필요하다. 본 연구는 양극 산화 알루미늄 기판을 이용하여 다양한 농도의 산화 그래핀 현탁액 액적의 커피링 효과 억제를 연구하였다. 양극 산화 알루미늄의 다공성 구조에 의한 모세관 힘으로 커피링 효과를 억제하였으며, 일반 알루미늄 기판에 비하여 균일한 두께의 산화 그래핀 필름을 얻을 수 있다는 것을 입증하였다. 이러한 커피링 효과 억제 방법은 균일하고 얇은 필름 제작을 필요로 하는 여러 응용 분야에 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한 다양한 농도에 대한 산화 그래핀 필름의 두께를 원자력 현미경 및 광학 현미경으로 측정하였고, 산화 그래핀의 두께는 광학 현미경에서의 흑백 명암차와 선형적 관계가 있음을 보였다. 얇은 산화 그래핀 필름의 두께를 광학 현미경을 이용하여 신뢰할 수 있는 측정 방법을 제시하였다. In recent studies, it has been reported that during vaporization, colloidal particles in a fluid will be accumulated at the edge of the droplet due to so called coffee ring effect. This coffee ring effect brings to not only non-uniform depositions, but also the non-tunable thickness of the depositions. In this study, we demonstrated that the thickness of graphene oxide (GO) films may be engineered using anodic aluminum oxide (AAO) substrates and uniform GO films can be achieved. The controllable thickness and uniformity of GO films were obtained via the tailorable hydrodynamic flow in a droplet owing to the pores of the AAO substrate. In addition, we developed a new approach for measuring the thickness of GO films using an optical microscope. The thickness of the depositions of GO films measured using optical microscope demonstrated agreement with those measured using atomic force microscope. These finding are useful for GO film-used applications such as wearable sensors, inkjet printing, and biological applications.