Transparent Multifunctional Sensor by Successive Laser Pyrolysis of Polydimethylsiloxane

Abstract

Research about laser direct patterning (LDP) is widely progressed in selective and reversible laser doping, phase separation of polymer, laser sintering, and laser ablation because of its ease and efficiency of the process. Among LDP fields, research about laser induced graphene (LIG) which irradiates a laser on carbon rich materials in ambient atmosphere gets attention because produced graphene has porous property and high electrical conductivity. Mechanical sensors, chemical sensors, and energy devices can be fabricated based on the properties of LIG. However, LIG has some limits which are about a line width resolution and need an additional process to use transparent applications. In this research, we will introduce the successive laser pyrolysis (SLP) process of polydimethylsiloxane (PDMS) which can break the limits of LIG in a simple process and examine the performance of byproducts of SLP as strain, temperature, and gas sensors to confirm the possibility of substituting LIG. Consequently, byproducts of SLP composed of SiO2, beta-SiC, and carbon materials can perform as a transparent multifunctional sensor and substitute the LIG from a long-term perspective.

오늘날, 레이저 직접 패터닝 분야에 대한 연구는 상온, 상압에서 공정 진행이 가능한 용이성과 효율성 때문에 국소적, 가역적 레이저 도핑, 고분자의 상 분리, 나노 물질의 레이저 소결, 융삭 등 분야에서 널리 사용되고 있다. 레이저 직접 패터닝 분야 중 탄소가 풍부한 물질에 레이저를 조사하여 다공성, 높은 전기전도도 특성을 가지는 그래핀을 만드는 레이저 유도 그래핀 기술이 주목받고 있다. 생성되는 그래핀은 기계적 센서, 화학적 센서, 에너지 장치 등 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나 레이저 유도 그래핀 기술은 선 폭의 해상도와 관련된 한계가 존재하며 투명한 목적으로 사용하기 위해서는 기판에 전사를 해야하는 추가 공정이 필요한 문제가 있다. 본 연구에서는 간단한 공정으로 레이저 유도 그래핀 기술의 한계를 극복할 수 있는 폴리디메틸실록산 물질의 연속 레이저 열분해 공정을 소개한다. 그리고 열분해 부산물을 이용하여 인장, 온도, 가스 자극에 반응하는 성능을 검토하고 레이저 유도 그래핀 물질의 대체 가능성을 확인하고자 한다. 최종적으로, 탄화규소, 이산화규소, 그래파이트, 그래핀으로 구성된 연속 레이저 열분해 부산물은 다양한 자극에 반응하는 투명 다기능 센서로 동작할 수 있고 앞으로 급격한 성장을 이룩할 유연한 전자기기, 신축성 전자기기의 발전에 기여할 것이다.