정전분사를 이용한 PDMS 마이크로렌즈의 제작 및 분석 - 강태호 (The Graduate School, Ajou University, 2008)
본 논문은 정전분사를 이용하여 PDMS 마이크로렌즈를 제작 및 분석한다. 정전분사는 정전기력을 이용하여 액적을 분사하는 방법이다. 주재료와 경화제를 10:1의 부피비로 교반한 PDMS 프리폴리머는 PDMS가 코팅된 유리기판 위에 정전분사되어 PDMS 마이크로렌즈로 제작된다. 본 논문에서는 단일 액적의 분사가 가능한 적하모드와 스핀들모드를 이용한다. 정전분사된 PDMS 프리폴리머 액적은 표면장력에 의해서 구면을 형성하며 경화되어 PDMS 마이크로렌즈가 된다. PDMS 마이크로렌즈의 직경은 노즐과 접지판 사이의 인가전압을 조절함으로써 제어된다. 정전분사된 PDMS 프리폴리머 액적은 PDMS와의 낮은 표면에너지 차이로 인하여 작은 접촉각을 형성한다. PDMS 프리폴리머 액적은 기판에 정전분사된 직후에는 반구형의 높은 접촉각을 형성하나, 이후 등방성으로 퍼져서 낮은 접촉각을 형성한다. PDMS 프리폴리머는 온도에 따라 경화시간이 달라지므로 PDMS 마이크로렌즈의 접촉각은 기판의 온도를 조절함으로써 제어할 수 있다. 상온에서 1200V에서 1900V까지의 인가전압으로 정전분사된 마이크로렌즈는 470μm에서 2850μm까지의 직경으로 제작된다. 1900V의 인가전압에서 20°C에서 150°C사이로 유지된 기판 위에 정전분사된 마이크로렌즈는 7.5°에서 44°까지의 접촉각을 가진다. 제작된 PDMS 마이크로렌즈의 광학적 성능은 렌즈를 투과한 가우시안 빔을 측정함으로써 확인하였다. 약간의 구면오차가 존재하나 초점에서 가우시안 빔을 집속하고 초점을 기준으로 최고파워밀도와 유효반경이 대칭임을 확인하였다. 정전분사를 이용한 렌즈 제작 방식은 사진석판 공정을 하지 않으므로 시간과 비용의 효율이 높다. 가열 리플로 공정이 없으므로 유리전환 온도가 낮은 폴리머 기판 위에 렌즈를 제작하는 것이 가능하며 폴리머 기반의 랩온어칩에 활용도가 높을 것이다. 향후 연구 방향은 고분자 기반의 형광 검출용 랩온어칩에 PDMS 마이크로렌즈를 집적하는 것과 마이크로렌즈 어레이를 제작하는 것이다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :전자공학과,2008. 8
Keywords: 정전분사; 마이크로렌즈; PDMS