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한국접착및계면학회> 접착 및 계면> 유기전계효과 트랜지스터의 반도체/고분자절연체 계면에 발생하는 비가역적 전하트래핑에 관한 연구

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유기전계효과 트랜지스터의 반도체/고분자절연체 계면에 발생하는 비가역적 전하트래핑에 관한 연구

Irreversible Charge Trapping at the Semiconductor/Polymer Interface of Organic Field-Effect Transistors

임재민 ( Jaemin Im ) , 최현호 ( Hyun Ho Choi )
  • : 한국접착및계면학회
  • : 접착 및 계면 21권4호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 12월
  • : 129-134(6pages)
접착 및 계면

DOI


목차

1. Introduction
2. Experiment
3. Results and Discussion
4. Conclusion
Acknowledgements
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공액분자반도체와 고분자절연체 계면에서 전하트래핑을 이해하는 것은 장시간 구동가능한 안정성 높은 유기전계효과 트랜지스터(이하 유기트랜지스터) 개발을 위해 중요하다. 본 연구에서는 다양한 분자량의 고분자절연체를 이용한 유기트랜지스터의 전하이동 특성을 평가하였다. Polymethyl methacrylate (PMMA) 표면 위에 적층된 펜타센 공액반도체의 모폴로지와 결정성은 PMMA 분자량에 무관함이 나타났다. 그 결과 트랜지스터 소자의 초기 트랜스퍼 곡선과 전하이동도는 분자량에 상관없었다. 하지만, 적정한 상대습도 환경에서 소자에 바이어스가 인가되었을 경우, 바이어스 스트레스 효과로 불리는 드레인전류 감소와 트랜스퍼 곡선 이동은 PMMA 분자량이 감소할수록 증대됨이 관찰되었다(분자량 효과). 분자량 효과에 의한 전하트래핑은 회복이 매우 어려운 비가역적인 과정임을 밝혀내었다. 이러한 분자량 효과는 PMMA 존재하는 고분자사슬 말단의 밀도 변화에 의한 것으로 판단된다. 즉, PMMA 고분자사슬 말단이 가지는 자유부피가 전하트랩으로 작용하여 분자량에 민감한 바이어스 스트레스 효과를 일으킨 것으로 판단된다.
Understanding charge trapping at the interface between conjugated semiconductor and polymer dielectric basically gives insight into the development of long-term stable organic field-effect transistors (OFET). Here, the charge transport properties of OFETs using polymer dielectric with various molecular weights (MWs) have been investigated. The conjugated semiconductor, pentacene exhibited morphology and crystallinity, insensitive to MWs of polymethyl methacrylate (PMMA) dielectric. Consequently, transfer curves and field-effect mobilities of as-prepared devices are independent of MWs. Under bias stress in humid environment, however, the drain current decay as well as transfer curve shift are found to increase as the MW of PMMA decreases (MW effect). The charge trapping induced by MW effect is irreversible, that is, the localized charges are difficult to be delocalized. The MW effect is caused by the variation in the density of polymer chain ends in the PMMA: the free volumes at the PMMA chain ends act as charge trap sites, corresponding to drain current decay depending on MWs of PMMA.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • :
  • : 계간
  • : 1229-9243
  • : 2233-8217
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 2000-2021
  • : 534


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22권2호(2021년 06월) 수록논문
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1방향족 고리를 가지는 아크릴계 비이온 반응성 유화제 합성 및 이를 이용한 수성 점착제 물성 연구

저자 : 염도영 ( Do-young Yeom ) , 김동환 ( Dong Hwan Kim ) , 황가은 ( Gaeun Hwang ) , 황도훈 ( Do-hoon Hwang ) , 정유진 ( Yu Jin Jung )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 31-38 (8 pages)

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본 연구에서는 polyoxyethylene(10) dodecylphenyl ether와 3-butenoic acid를 사용하여 방향족을포함한 아크릴계 비이온 반응성 유화제를 합성하였으며, 합성된 비이온 반응성 유화제는 1H-NMR과FT-IR로 구조를 확인하였다. 수성 아크릴 베이스 에멀젼의 제조에서 합성된 방향족을 포함한 비이온반응성 유화제와 방향족을 포함하지 않은 비이온 반응성 유화제 및 음이온 유화제를 사용하여 고형분, 전환율, 입도분포, 박리강도와 내열유지력의 물성을 확인하였다. 입도분포의 경우 370~698 nm 범위에서 측정되었으며, 박리강도는 평균 1.507~1.802 kgf/in범위에서 측정되었다. 제조된 베이스 에멀젼의 내열유지력은 0.50~2.00 mm 범위에서 측정되었으며, 특히 합성된 방향족을 포함한 비이온 반응성유화제를 사용한 경우, 방향족을 포함하지 않는 비이온 반응성 유화제를 사용한 경우보다 내열 유지력이 가장 뛰어남을 확인하였으며, 수성 아크릴 점착제로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.


In this study, a nonionic reactive emulsifier with aromatic and acryl group was synthesized by using polyoxyethylene(10) dodecylphenyl ether with 3-butenoic acid. The synthesized nonionic reactive emulsifier was confirmed by 1H-NMR and FT-IR. In addition, the reactive emulsifier synthesized in the preparation of aqueous acrylic adhesives base emulsion was used and the properties of the solid content, conversion, particle size distribution, peel strength and high temperature holding force were compared to those of nonionic emulsifiers without aromatic group. The particle size was distributed from 370 nm to 698 nm, and the peel strength were measured in the range of 1.507~1.802 kgf. The high temperature holding force of prepared adhesives base emulsion were measured in the range of 0.50~2.00 mm. Especially, in the result of synthesized nonionic reactive emulsifier with aromatic group, it was confirmed that high temperature holding force results were the most excellent than the case of using other nonionic reactive emulsifiers, and it can be useful for water-based acryl pressure sensitive adhesive.

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23-Methyl-1,5-Pentanediol (MPD)을 함유한 폴리올을 이용한 수분산 폴리우레탄의 합성 및 특성 비교

저자 : 김나영 ( Na-young Kim ) , 서석훈 ( Suk-hun Sur )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 39-46 (8 pages)

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가지형 구조의 3-Methyl-1,5-pentanediol (MPD)을 함유한 폴리에스테르 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올을 이용하여 수분산 폴리우레탄(WPU)을 합성하였다. 물리적 특성 비교를 위하여 1,4-butanediol (BD)과 adipic acid로부터 얻어진 폴리에스테르 폴리올 및 1,6-hexane diol (HD)/ 1,4-butanediol (BD)로부터 얻어진 폴리카보네이트 폴리올을 이용하여 수분산 폴리우레탄 수지를 합성하였다. 본 연구는 폴리올 분자구조(소프트 세그먼트의 분자구조)가 WPU의 물리적 특성에 미치는 영향을 조사하였으며, MPD가 함유된 폴리올을 이용하여 합성된 WPU의 경우가 MPD를 함유하지 않은 경우보다 100% 탄성률 및 인장 강도는 낮게 나타났으며, 신장률은 높게 나타났다. MPD 성분을 함유한 WPU 필름의 투명도는 MPD 성분을 함유하지 않은 WPU 필름보다 광 투광도가 우수함을 알 수 있었다.


Waterborne polyurethanes (WPU) was synthesized using polyester polyol and polycarbonate polyol containing 3-Methyl-1,5-pentanediol (MPD) in a branched structure. To compare physical properties, WPUs were synthesized using polyester polyol obtained from 1,4-butanediol (BD) and adipic acid and polycarbonate polyol obtained from 1,6-hexane diol (HD)/ 1,4-butanediol (BD). This study investigated the effect of polyol molecular structure (molecular structure in soft segments) on the physical properties of WPUs. In the case of WPUs synthesized using polyols containing MPD, 100% modulus and tensile strength were lower than that without MPD, and elongation was higher. The transparency of WPU films with MPD were slightly better than WPU films without MPD.

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3이중 자기치유 메커니즘을 통한 강판의 내부식성 코팅

저자 : 이향무 ( Hyang Moo Lee ) , 윤수민 ( Sumin Yun ) , 김진철 ( Jin Chul Kim ) , 조수현 ( Soo Hyoun Cho ) , 정인우 ( In Woo Cheong )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 47-56 (10 pages)

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자기치유 소재를 이용하여 강판을 코팅하는 경우, 코팅 소재에 상처가 날 경우 스스로 상처를 치유하여 강판이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 하지만 자기치유 과정에는 시간이 소요되며, 따라서 자기치유가 되기 전에 강판의 상처가 부식 될 수 있다. 본 연구에서는 가역적인 hindered urea bond (HUB)를 통하여 가교 결합을 형성하면서 동시에 부식 방지제로써 작용하는 DTBEDA를 이용하여 듀얼자기치유 메커니즘을 가지는 코팅 소재를 제조하였다. 또한 제조된 소재를 강판에 코팅하여 의료용 메스와 나노/마이크로 압입시험기를 통하여 스크래치에 대한 자기치유 성능을 확인하였으며, DTBEDA 의 내부식성 효과를 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통하여 분석하였다.


Steel plates coated by self-healable polymer still can be rusted since it takes time to be healed. In this study, dual self-healing coating material is developed using corrosion inhibitor (DTBEDA) which can form hindered urea (HUB) as reversible cross-linking bond at the same time. Developed dual self-healing polymer is coated on steel plate, and scratch healing property was investigated by surgical blades and nano/micro indentation tester. The anticorrosion effect of DTBEDA was investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS).

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4용융염 기반의 화학기상증착법을 이용한 원자층 두께의 고품질 MoS2 합성

저자 : 고재권 ( Jae Kwon Ko ) , 육연지 ( Yeon Ji Yuk ) , 임시헌 ( Si Heon Lim ) , 주현규 ( Hyeon-gyu Ju ) , 김현호 ( Hyun Ho Kim )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 57-62 (6 pages)

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원자층 두께의 이차원 전이금속 칼코겐화합물은 그래핀과 비슷한 형태의 이차원 구조로 이루어져 있으며, 전기적 특성을 비롯한 우수한 물리적특성을 보여 차세대 반도체 물질로 각광받고 있다. 그래핀의 대면적 합성의 경우 이미 기술적으로 성숙되어 화학기상 증착법을 이용하여 웨이퍼 수준의 크기만큼 단결정 합성이 가능해졌으나, 이차원 전이금속 칼코겐화합물의 경우 현재 수에서 수백μm 수준에 머물러 있는 것이 실정이다. 본 논문에서는 최근에 보고된 용융염 기반의 화학기상증착법을 통한 이차원 단층 MoS2합성법에서 공정변수가 MoS2단결정의 크기에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 그 결과, 최적화된 조건에서 약 420 μm의 고품질 단층 단결정 MoS2가 합성될 수 있다는 사실을광학 현미경, 원자력 현미경, 라만 분광, 그리고 광루미네선스 분광 분석을 통하여 밝혀내었다.


Recently, the atomically thin two-dimensional transition-metal dichalcogenides (TMDs) have received considerable attention for the application to next-generation semiconducting devices, owing to their remarkable properties including high carrier mobility. However, while a technique for growing graphene is well matured enough to achieve a wafer-scale single crystalline monolayer film, the large-area growth of high quality TMD monolayer is still a challenging issue for industrial application. In order to enlarge the size of single crystalline MoS2 monolayer, here, we systematically investigated the effect of process parameters in molten-salt-assisted chemical vapor deposition method. As a result, with optimized process parameters, we found that single crystalline monolayer MoS2 can be grown as large as 420 μm.

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5불포화 폴리에스터 (UPR)에 폴리우레탄을 첨가하여 강인성을 부여한 유리섬유 복합소재

저자 : 백창완 ( Chang Wan Baek ) , 장태우 ( Tae Woo Jang ) , 김태희 ( Taehee Kim ) , 김혜진 ( Hye Jin Kim ) , 김창윤 ( Changyoon Kim ) , 김현국 ( Hyeon-gook Kim ) , 서봉국 ( Bongkuk Seo ) , 임충선 ( Choong-sun Lim )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 63-68 (6 pages)

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Unsaturated Polyester Resin (UPR)은 유리섬유와 같은 강화제와 함께 사용되어 복합재료로 사용된다. 열경화성 수지인 UPR은 복합재료의 다양한 성형법 중 생산성이 우수하고 대량생산에 유리한sheet molding compound (SMC) 성형법으로 산업에서 사용되고 있다. UPR을 기지재로 하는 섬유강화복합재료는 가볍고, 물성이 뛰어난 장점이 있지만 충격에 약하여 깨지기 쉽고, 경화 이후에는 부피가감소하는 단점이 있기 때문에 강인성과 유연성을 부여할 수 있는 폴리올과 캡핑제를 달리하는 폴리우레탄 4종을 합성하여 첨가하여 그 단점을 극복하고자 하였다.


Unsaturated Polyester Resin (UPR) is in general used as a resin to prepare for composite materials with reinforcing materials such as glass fibers. UPR, a thermosetting resin, is used in industry to prepare for sheet molding compound (SMC) molding prepreg that has excellent productivity and is advantageous for mass production among various molding methods of composite materials. The fiber-reinforced composite material using UPR as a matrix material is light and has the advantage of excellent physical properties, but it is weak against impact and is fragile. Four types of polyurethane were synthesized and added to UPR resin to overcome the shortcomings.

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6광을 이용한 해체용 접착소재의 최근 동향

저자 : 정종구 ( Jongkoo Jeong ) , 조성근 ( Seong-keun Cho ) , 이재흥 ( Jae Heung Lee )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 22권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 69-77 (9 pages)

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세계적으로 지속가능한 세상을 만들기 위한 노력이 제조업에서 많이 이루어지고 있다. 이를 위해서는 사용 후 제품을 쉽고 간단하게 해체할 수 있는 설계 개념 중요하다. 접합된 제품 해체 시 부품에 대한 피해가 없도록 접합부위가 분해되어 재활용이나 수리를 가능하게 하는 신기술이 최근 개발되고 있다. 본 총설에서는 조절가능한 접합-해체용 소재 기술,특히 빛으로 해체하는 접착소재기 술 동향을 정리하였다. 또한 반도체,디스플레이 산업에 현재 활용되고 있는 빛 이용 임시 접합-해체용 필름에 대해 기술하였다.


A variety of efforts are attempted to make the world sustainable in fabrication industries worldwide. To achieve the goals, a new design concept for products is one of crucial factors to be able to dismantle them after use in easy and single ways. New debonding technologies have been developed in recent years for the recycle and/or repair of bonded structures, where the bonds are broken without the damage of the components and make recycling easier. Some representative technologies of controlled delamination materials (CDM) are reviewed with an emphasis on light induced debonding of adhesives. We also describe current applications of light induced CDMs as temporary bondable films in semiconductor and display industries.

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1유기전계효과 트랜지스터의 반도체/고분자절연체 계면에 발생하는 비가역적 전하트래핑에 관한 연구

저자 : 임재민 ( Jaemin Im ) , 최현호 ( Hyun Ho Choi )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 129-134 (6 pages)

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공액분자반도체와 고분자절연체 계면에서 전하트래핑을 이해하는 것은 장시간 구동가능한 안정성 높은 유기전계효과 트랜지스터(이하 유기트랜지스터) 개발을 위해 중요하다. 본 연구에서는 다양한 분자량의 고분자절연체를 이용한 유기트랜지스터의 전하이동 특성을 평가하였다. Polymethyl methacrylate (PMMA) 표면 위에 적층된 펜타센 공액반도체의 모폴로지와 결정성은 PMMA 분자량에 무관함이 나타났다. 그 결과 트랜지스터 소자의 초기 트랜스퍼 곡선과 전하이동도는 분자량에 상관없었다. 하지만, 적정한 상대습도 환경에서 소자에 바이어스가 인가되었을 경우, 바이어스 스트레스 효과로 불리는 드레인전류 감소와 트랜스퍼 곡선 이동은 PMMA 분자량이 감소할수록 증대됨이 관찰되었다(분자량 효과). 분자량 효과에 의한 전하트래핑은 회복이 매우 어려운 비가역적인 과정임을 밝혀내었다. 이러한 분자량 효과는 PMMA 존재하는 고분자사슬 말단의 밀도 변화에 의한 것으로 판단된다. 즉, PMMA 고분자사슬 말단이 가지는 자유부피가 전하트랩으로 작용하여 분자량에 민감한 바이어스 스트레스 효과를 일으킨 것으로 판단된다.

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2전분 유래 엿당-아크릴 공중합체의 접착물성에 관한 연구

저자 : 박성일 ( Sung Il Park ) , 이명천 ( Myung Cheon Lee )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 135-142 (8 pages)

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최근 미세플라스틱과 같은 환경 문제로 석유계 플라스틱을 대체할 자연 유래 친환경 플라스틱에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있다. 점·접착제 분야에서도 이런 추세에 맞추어 천연 유래 소재를 이용한 친환경 점·접착제들이 개발되고 있다. 그 중에서 엿당은 전분에서 유래한 천연 물질이며 식품 첨가제로 쓰이는 물엿의 주성분이다. 전분보다 낮은 분자량 때문에 물에 쉽게 녹고 무엇보다 이를 이용해 용액중합으로 다른 단량체와 공중합 될 수 있다는 가능성이 있다. 그러나 아직 엿당을 이용하여 점·접착제에 응용한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 엿당을 아크릴 무수물로 개질한 후 FT-IR과 H-NMR을 통해 개질여부를 확인하였다. 그리고 개질한 엿당을 2종의 아크릴 단량체와 공중합 하였다. 합성한 수지의 접착 성능은 목재접착을 통해 조사하였다.

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3유-무기 하이브리드 화합물과 Particle-Binder 공정을 이용한 소수성 코팅막 제조

저자 : 황승희 ( Seung-hee Hwang ) , 김효원 ( Hyo-won Kim ) , 김주영 ( Juyoung Kim )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 143-155 (13 pages)

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Sol-Gel 공정을 통해서 제조되는 유-무기 하이브리드 화합물들은 방청 코팅, 방빙 코팅(Anticing), 자가 세정 코팅, 반사 방지 코팅 등과 같은 기능성 코팅 재료로 널리 사용되어져 왔다. 특히 소수성 코팅 표면을 제조하기 위해서는 코팅표면의 표면에너지가 낮고 코팅 표면의 조도를 제어가 요구된다. 표면에너지와 표면 조도를 조절하는 전형적인 공정은 in-situ fabrication 공정, 'Pre-fluorinating/Post-roughening', 'Pre-roughening/ Post-fluorinating이다. 본 연구에서는 in-situ fabrication 공정인 Particle-Binder 공정을 이용해서 소수성 코팅표면을 제조하였다. 3관능기 유기실란화합물과 불소 함유 유기실란 화합물과의 가수분해 및 축합반응을 통해 제조된 불소함유 유-무기 하이브리드를 바인더로 사용하여서 무기물 나노입자와 혼합하여 소수성 코팅액을 제조하고 유리 기재 위에 스핀코팅 후 열건조하여서 코팅막을 제조하였다. 바인더인 유-무기 하이브리드 화합물의 불소 함유 실란화합물의 첨가량, 첨가순서, 무기물 나노입자 첨가량에 따른 코팅막의 물성 변화를 조사하였다. 분석결과 불소 함량이 10 wt%인 유-무기 하이브리드 화합물(GPTi-HF10)을 바인더로 사용하여서 제조된 코팅막이 가장 소수성이 우수하였으며 수접촉각은 (107.52 ± 1.6°), 이 바인더와 무기물 나노입자의 무게비가 1:3인 경우 (GPTi-HF10-MS 3.0)에 가장 높은 수접촉각(130.84±1.99°)을 나타내었다.

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4스티렌페놀계 계면활성제 기반 친환경 수계 점착제 합성 및 특성 분석

저자 : 송영규 ( Young Kyu Song ) , 이상호 ( Sang-ho Lee ) , 박영일 ( Young Il Park ) , 김진철 ( Jin Chul Kim )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 156-161 (6 pages)

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수계 압력감응점착제(PSA)는 유해성 휘발성유기용매 사용을 최소화할 수 있는 친환경 기술로써 학계와 산업계에서 큰 관심을 받아왔다. 수계 PSA의 합성은 유화중합을 이용하는데 이 때 이용되는 페놀계 계면활성제는 환경 및 인체유해성이 높아 이를 대체할 수 있는 신규 계면활성제 개발이 산업적으로 요구된다. 본 논문에서는 환경유해성 페놀계 CO-436 계면활성제를 대체할 수 있는 스티렌페놀계 계면활성제를 이용하여 수계 PSA를 합성하고 스티렌페놀계 계면활성제의 종류 및 농도에 따른 수계 PSA의 물성과 산업계 응용 가능성에 대해 알아보고자 한다.

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5피부 모사형 다기능 유연 센서의 연구 동향

저자 : 이승구 ( Seung Goo Lee ) , 최경호 ( Kyung Ho Choi ) , 신교직 ( Gyo Jic Shin ) , 이효선 ( Hyo Sun Lee ) , 배근열 ( Geun Yeol Bae )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 162-167 (6 pages)

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피부 모사형 다기능 유연 센서는 인체 피부의 높은 자극 감지 성능과 기계적 안정성을 모사하고자 다학계적 접근을 통해 발전되어 왔다. 하지만, 실제 적용을 위해서는 일상생활 속에서 접하는 다양한 종류의 자극을 명확히 구분하고 각 자극의 세기를 정확히 감지하는 높은 수준의 자극 구별 능력이 필수적임에도 불구하고, 아직까지 낮은 수준의 자극 구별 능력을 보이는 실정이다. 본고에서는 기존 피부 모사형 유연 센서의 기본적인 작동 메커니즘과 대표적인 연구들을 간략히 소개하고, 최근 보고된 피부 모사형 다기능 유연 센서 관련 연구들의 연구 결과 및 자극 구별 능력에 대해 깊이 있게 다루고자 한다.

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6주쇄에 아크릴 골격을 함유하는 불포화 폴리에스터의 합성과 성질

저자 : 야스히로코사카 ( Yasuhiro Kohsaka )

발행기관 : 한국접착및계면학회 간행물 : 접착 및 계면 21권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 168-175 (8 pages)

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공액폴리액에스터는 아크릴 골격을 함유하는 불포화 에스터의 총칭으로, 2개의 반응성기를 가진 아크릴산 에스터의 축차 중합이나 환상 아크릴산 에스터의 개환 중합에 의해 합성된다. 폴리공액에스터는 열이나 빛에 보다 뛰어난 경화성을 나타내며, 그 외에도 엔-티올 반응을 이용한 기능단의 수식과 공액 치환 반응을 이용한 주쇄 절단도 가능하며, 아크릴 골격에 근거한 다양한 반응성이 매력이다. 또한, 최근에는 생분석성 폴리에스터로서도 기대된다. 본고에서는 폴리공액에스터 합성과 성질에 대해서 개관한다.

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