재료 및 제조

재료 및 제조는 재료의 구성, 구조 및 가공과 관련된 지식을 응용 분야의 특성 및 성능에 적용하는 것을 다룹니다.

지난 20년 동안, 사용에 있어 상당한 진전이 있었습니다. 복합 재료 우수한 성능 특성을 지닌 재료가 필요한 다양한 일상 응용 분야에 사용됩니다. 복합재료는 물리적 또는 화학적 특성이 상당히 다른 두 개 이상의 구성 재료로 만들어진 가공 재료입니다. 나노기술은 특성과 성능이 크게 향상된 새로운 종류의 복합 재료를 제조하는 데 사용되는 핵심 기술로 부상했습니다.

"하향식" 제조 방법이 여전히 사용되고 있지만, 나노기술은 나노 수준에서 재료 특성을 수정하기 위한 "상향식" 접근 방식을 가능하게 했습니다.

나노제조를 위한 고전적인("하향식") 방법은 다음과 같습니다. 전자빔 리소그래피 (EBL). EBL에서는 전자빔이 필름으로 덮인 표면('필름'이라고 함)을 가로질러 스캔됩니다. 저항하다). 빔은 노출된 부분과 노출되지 않은 부분을 선택적으로 제거합니다. 저항하다. 이 과정을 통해 매우 작은 구조가 생성됩니다. 저항하다 이는 리소그래피 방식으로 다른 재료로 옮겨져 매우 작은 전자 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다. EBL은 태양전지, 기타 반도체, 광전자공학 장치와 같은 응용 분야에 사용할 수 있는 10nm보다 작은 구조를 생산할 수 있습니다.

나노패턴 제조 방법의 또 다른 예는 다음과 같습니다. 나노 임프린트 리소그래피. EBL과 같은 일련의 기술을 사용하여 마스터 몰드를 만들고, 이 몰드를 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 연질 폴리머에 스탬핑하는 도구입니다. 이 방법은 10 nm의 분해능을 달성했으며 생물의학 장치 및 소규모 화학 반응기용 마이크로채널을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

상향식으로 주기적인 나노 구조를 형성하는 흥미로운 방법은 자기 조립이라고 합니다. 자기 조립은 특정 원자, 분자 또는 기타 나노 규모 구조가 에너지적으로 서로 끌어당겨 함께 모여 분자 수준에서 반복 패턴을 형성할 때 발생합니다. 이 기술은 조각을 상자 안에 섞은 후 스스로 조립되는 직소 퍼즐에 비유될 수 있습니다. 그런 일이 일어나는 것을 상상할 수 있나요?

자기조립을 통해 특정 나노구조물을 제조하는 좋은 예는 다음과 같다. 탄소나노튜브 (CNT). CNT는 기계적, 전기적, 광학적 특성이 뛰어납니다. 용도에 따라 높은 인장강도와 높은 전기전도도를 갖는 CNT를 제조할 수 있습니다.

그들은 최근 방탄복, 전송선 케이블 및 직물로 사용되는 다양한 고분자 복합재에 기계적 강도를 강화하고 부여하는 데 사용되었습니다. 탄도 전자 수송 특성으로 인해 CNT는 컴퓨터 및 LCD(액정 디스플레이)의 장치 상호 연결에 매력적인 재료입니다.

탄소 나노튜브는 일본의 물리학자 이지마 수미오(Sumio Iijima)가 풀러렌(풀러렌은 탄소 분자의 일종)의 아크 증발 합성 중에 남겨진 침전물을 연구하면서 처음 합성되었습니다. 이 발견 이후, 아크 증발 과정의 조건을 제어하여 탄소 나노튜브가 합성되었습니다. 이러한 합성 방법 외에도 스퍼터링, 화학 기상 증착, 플라즈마 강화 화학 기상 증착과 같은 기술을 사용하여 탄소 나노튜브를 제조할 수 있습니다. 이러한 각 처리 기술에서 탄소 원자는 함께 모여 자동으로 탄소 나노튜브의 기하학적 형태로 조립됩니다.

세라믹 재료는 또한 나노구조를 가질 수 있으며 경우에 따라 특정 가공 조건에서 자기 조립 측면을 나타냅니다. 일반적으로 세라믹은 고온에서 가공되며 극한 환경에서도 견딜 수 있는 재료가 필요한 응용 분야에 자주 사용됩니다.

다양한 세라믹이 수천 년 동안 건축 자재(벽돌, 석재 블록 등)로 사용되어 왔지만, 세라믹 제조 기술의 발전으로 새로운 기술 세라믹이 개발되었습니다. 이러한 소재는 마이크로 전자공학부터 주방 가전제품까지 다양한 현대 응용 분야에 사용됩니다. 예를 들어, 이러한 재료는 우수한 열적, 전기적 특성으로 인해 고전압 절연체 및 우주 기반 프로브의 고절연 재료로 사용됩니다. 나노 구조의 유리-세라믹 복합재는 광학 장비에도 사용됩니다. 전반적으로, 재료 및 제조 기술은 재료 과학에 대한 이해를 활용하여 제조 비용이 저렴하고 성능 특성이 뛰어난 최첨단 나노 구조 재료 및 관련 장치를 생산합니다.