IJPEM-GT
Transparent and Flexible Photon Sieve Made with Cellulose Nanofiber by Micro-Nano Structure Molding
나노셀룰로오스 필름의 마이크로-나노 패턴 구조 형상화를 통한 광학 어플리케이션으로 도약: 투명하고 유연한 나노셀룰로오스 포톤 시브
김재환/인하대학교
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나노셀룰로오스는 나무로부터 추출된 친환경 나노 소재로, 철 보다 높은 비강도를 기반으로 한 우수한 기계적 물성과 높은 투명도의 광학적 특성 등을 가진다. 이러한 특성을 기반으로 나노셀룰로오스는 다양한 분야에서 기존 물질을 대체할 우수한 미래형 구조 소재로서 연구되어지고 있다.
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광학 시스템의 발전과 함께 얇고 높은 내구성으로 가진 광학 어플리케이션의 필요성이 대두되어지고 있으며 이를 위해 금속, 세라믹 소재를 기반으로 한 Fresnel zone plate 형상의 렌즈가 연구되고 있다. 하지만 낮은 효율과 소재 물성의 구조적 한계로 인해 고분자 기반의 박막 렌즈가 큰 관심을 갖게 되었으며 그 연장선에서 나노셀룰로오스 포톤 시브가 연구되었다.
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포톤 시브 형상은 수십 마이크론 미터의 직경에서부터 수십 나노미터의 직경까지 다양한 크기를 가지는 백 만개 이상의 원형의 패턴들로 이루어져 있다. 본 연구에서는 약 500 nm 두께로 패턴의 역상을 포토리소그래피 공정을 통해 실리콘 웨이퍼 위에 구현하고, 캐스트 몰딩 공정을 통해 나노셀룰로오스 필름 표면에 형상화함으로써 포톤 시브를 제조한다.
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본 연구는 나노셀룰로오스 필름 자체의 우수한 물성을 고 진공 노출 실험에 이은 기계적 물성평가, 열적 안정성 평가, 광학 투과도 측정을 통해 입증하였으며, 필름 표면에 형상화된 포톤 시브 패턴은 SEM, AFM 분석을 통해 성공적인 패턴 구현과 구조적 안정성 또한 입증하였다. 더 나아가 특정 파장의 빛의 투과 테스트를 통해 포톤 시브로서의 기능성 또한 확인하였다.
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