Transcript 부산대학교 재료공학부 계면공학연구실 [IEL]

재료공학입문[1학년] 수업자료
전자소자용 박막의 표면 개질
 표면장력: 액체에서, 이웃하는 분자 사이의 인력[Interaction]
표면적을 줄이기 위해 끌어당기는 단위길이당 힘 [mN/m]
 표면에너지: 고체에서, 표면의 고체와 접한 분자 사이의 인력
표면적을 줄이기 위해 단위면적당 작용하는 에너지 [mJ/m2]
조 영 래 교수
재료공학부
부산대학교
[email protected]
2015년 04월 03일
부산대학교 재료공학부
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분자 사이의 힘 (분자력)
 분자력 : 분자 상호간에 작용하는 인력[응집력/부착력].
 수소결합(강함)과 반데르발스 결합(약함)
 응집력(cohesion) : 같은 종류의 분자끼리 작용하는 분자력
 액체 자체의 분자력
 부착력(adhesion) : 다른 종류의 분자끼리 작용하는 분자력
 액체와 고체 사이의 분자력
** 응집력의 크기는 온도에 따라, 조성에 따라 변한다.
** 부착력의 크기는 온도, 고체면의 종류 상태에 따라 변한다.
** 비누등, 계면활성제는 물의 응집력을 크게 낮춘다.
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모세관 현상: 2
 모세관 현상의 정의: 모세관 현상이란, 가는 관(모세관)을
따라 액체가 흡수되는 현상이다.
 [표면보다 높은 모세관현상의 발생조건: 부착력 > 응집력]
 응집력: 액체분자(물)들 자기들 끼리의 인력 [참고: 물의 응집력= 74 N/m]
 부착력: 액체분자(물)와 고체표면(유리) 사이의 인력
모세관 현상의 단계: 1. 표면부착 2. 내부응집
결론: 부착력이 클수록, 응집력이 클수록 모세관의 높이는 증가함.
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표면장력(surface tension)의 근원과 정의
 표면장력의 정의: 표면장력이란 액체의 표면이 스스로 수축하여 가능한 한
작은 표면적을 취하려는 힘(force)이다.  표면장력의 단위는 N/m.
 표면장력의 크기는 분자들 사이의 인력(응집력)의 크기에 비례한다.
1. 액체분자들 사이의 인력작용
2. 표면의 액체분자는 아래쪽으로 당김
3. 물방울의 반지름이 작아지려함  화살표 처럼Tension 발생
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서로 다른 표면장력을 갖는 물체가 만나면?
응집력의 Bond를 끊을수 있는지?  없다면??  Floating 가능
Ex: 소금쟁이, Sky타기, 물수잽이 먹기, 등
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호기심의 예[1]: 물수제비 뜨기
* 돌맹이의 전체 하중
= [수평+수직 ] 성분
 왜 돌맹이가 가라 앉을까?
 속도 감소시 수직 성분 증가
 돌맹이 형상: 판상, 침상,..
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호기심의 예[2]: 소금쟁이
소금쟁이 발바닥 고찰
 표면적이 매우 넓다.
 압력이 작아짐.
 기름샘이 존재한다
 낮은 표면에너지
 Floating 가능
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호기심의 예[3]: 연꽃잎 위의 물방물
연꽃 잎의 표면 고찰
 표면에 수많은 미소돌기
 표면에너지기 매우 작다.
 표면이 노출되는 것이
전체 에너지 감소.
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호기심의 예[4]: 덤블링 바닥재
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호기심의 예[5]: Sky의 원리
 Sky가 가능한 이유
 눈(snow)의 응집력
 Sky의 압력
 Sky 바닥의 넓은 면적
 300Kg 몸무게, sky가능??
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결론
 표면장력: 액체에서 이웃하는 분자 사이의 인력[Interaction]
표면적을 줄이기 위해 끌어당기는 단위길이당 힘 [mN/m]
 표면에너지: 고체에서, 표면의 고체와 접한 분자 사이의 인력
표면적을 줄이기 위해 단위면적당 작용하는 에너지 [mJ/m2]
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연구 분야
지도교수 소개 [조영래 교수]
1980년 경남 거창고등학교 졸업
1984년 부산대 금속공학과 공학사
1986년 KAIST 재료공학부 공학석사
1994년 Stuttgart 대학원 박사 (독일/국비유학)
2007년 Univ. of Maryland 연구교수 (미국)
[주 관심 연구분야]
전자 디스플레이 분야: 삼성디스플레이, LG전자, LG디스플레이 관련 OLED
연구
반도체 소자용 박막 분야: 삼성전자, 하이닉스반도체 관련 박막제조 및 평가
고품위 금속재료 분야: 포스코, 현대자동차 관련 특수열처리 및 미세조직 연구
계면에너지 조절 기술: 기판의 표면에너지 조절, 측정 및 응용기술
[이종소재 클래딩, 고품위 painting, 고강도 본딩기술 등]
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연구 분야
연구실 구성원 소개
 계면공학 연구실 구성원
박사과정  정은욱 (5학기), 이뢰 (4학기), 김동용 (3학기)
석사과정  최인균 (4학기), 박홍석 (3학기),
배광진 (1학기), 김종구 (1학기), 주재훈 (1학기)
학연과정  김현 (3학기), 백은지 (1학기)
재료관 3층 2302호, 510-3396
[email protected]
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연구 분야
박막의 adhesion 측정법
 Adhesion: 서로 다른 재료의 계면에서 박리가 발생하는 현상 [A]
 Cohesion: 같은 재료의 내부에서 박리가 발생 하는 현상 [C]
C
A
OLED
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연구 분야
 테플론 코팅 후라이팬의 제조: 표면에너지가 작도록 표면 개질
Low surface(free) energy provides good Anti-sticking properties in Molding
Process
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연구 분야
 금속 클래드 (definition): 층상복합재료 / Painting on 테플론
금속 또는 비철금속 층을 모층으로 하고 이의 한 면 또는 양면에 다른 금속
또는 비금속재료를 맞붙인 재료로, 모재가 갖지 않는 새로운 특성을 부가한
재료  박리의 발생 억제  층간 본딩 강도 증가 필요!!
층상 복합재
2 ply
Multi ply
3 ply
Layered
composites
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연구 분야
Materials for substrate in this study : Soda-lime Glass and Si wafer
1. The
surface
energy
of
the
substrate can be modified by
using plasma treatment.
2. Bonding force between substrate
and coating layer can be tunable.
Plasma
treatment
time (sec)
Glass
0
3
6
10
Contact angle will be
changed by plasma
treatment time.
Plasma
treatment
increases hydrophilic
properties of surface
by energy transfer.
(Hydrophilic =
contact angle)
Low
Si wafer
00 전자[디스플레이]
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연구 분야
연구실 인프라 구축 소개
Plasma surface treatment
Wetting angle measurement
DC magnetron sputter system
Flexible fatigue tester
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Furnace
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연구 분야
연구실 우수사례
OO자동차 연구 과제
• 항목 1: 차량의 외관미 개선 목적  스퍼터링 공법 알루미늄 휠의 도장 부착성 강화 필요성 대두.
• 항목 2: 기존의 도장공법 대비 스퍼터링 공법 알루미늄 휠의 도장 부착성  필드조건에서 미비.
• 항목 3: 따라서, 상도/스퍼터링 금속층/중도 경계에서 도장 박리의 근본적인 원인 규명과 대책 마련.
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필요사항 [1, 2, 3, ..]
향후 목표 설정 [직업, …]
목표 설정[생각이 첫째다]
나의 현재 좌표
무엇을 준비해야 하나
각각에 대한 기울기
실행 및 달성 정도
실제 달성 위치
현재
부산대학교 재료공학부
5년
10년
목표
미래
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감사합니다!!
Trend: 단층 구조  다층 복합 구조 [층/층 사이의 계면특성 중요]
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