KR101526324B1 - 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법 - Google Patents

공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법 Download PDF

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KR101526324B1 KR1020140004518A KR20140004518A KR101526324B1 KR 101526324 B1 KR101526324 B1 KR 101526324B1 KR 1020140004518 A KR1020140004518 A KR 1020140004518A KR 20140004518 A KR20140004518 A KR 20140004518A KR 101526324 B1 KR101526324 B1 KR 101526324B1
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Abstract

본 발명은 정전기력을 이용하여 나노선을 원격으로 조작하여, 접촉에 의한 물리적 손상을 비롯한 기존 기술의 제반 문제들을 해결하기 위한 기술이다. 구체적으로는, 공액 고분자는 내재하고 있는 전하에 의해 대전된 물체와 정전기력이 작용하는데, 대부분의 공액 고분자는 양전하를 띄기 때문에 음전하를 띄는 미세관을 이용하면 정전기력을 기반으로 공액 고분자 나노선을 원격으로 조작할 수 있다. 본 발명에 따르면, 진행 손실 및 휨 손실을 정확하게 측정할 수 있다.

Description

공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법{METHOD FOR REMOTE MANIPULATION OF CONJUGATED POLYMER NANOWIRES}
본 발명은 나노선을 조작하는 방법에 관한 기술이고, 구체적으로는 정전기력을 이용하여 기판과의 접촉없이 나노선을 원격으로 조작하는 방법에 관한 기술이다.
나노선 광자학(nanowire photonics)은 다양한 광자학 및 광전자공학의 새로운 연구 분야이다. 나노선들에서의 광 진행(light propagation)을 이해하는 것은 그 성능에서의 실용적인 중요성 및 독특한 광학 특성들에 대한 관심 때문에 나노선 광자학에서 특히 중요하다.
광 진행의 제1 특성은 매질(medium) 속에서 광의 흡수 및 산란에 의해 에너지 손실, 즉 "진행 손실(propagation loss)"이다. 진행 손실은 레이저 소스의 레이저 동작 임계치(lasing threshold), 도파관(waveguide)에서의 전력 손실 등의 다양한 성능에 영향을 미치므로 통상 측정된다. 광 진행의 또 하나의 매우 중요한 특성은 굽은 나노선의 휨으로 인한 에너지 손실, 즉 "휨 손실(bending loss)"이다. 실제로 나노선의 휨은 도파관의 복합 경로뿐 아니라, 간섭계, 연결기(coupler) 및 공명기와 같은 개별 디바이스에 대한 나노선 광자학에서 일반적으로 관찰된다. 상기 두 손실들의 특성 평가는 기판 상의 나노선들에 대하여 대부분 수행되나, 이것은 기판 커플링(substrate coupling)이라고도 알려진 나노선들과 아래 기판 사이의 광의 원하지 않는 상호작용에 의해 틀린 결론들에 이르게 할 수 있다. 완전한 공기 클래딩이 아니고는 기판 커플링은 거의 배제되지 않는데 이 기판 커플링은 유기, 무기 및 금속 나노선의 나노선 광자학에서 중요한 문제이다. 진행 손실의 특성 평가에서 기판 커플링을 배제하기 위하여 마이크로 트랜치에 걸쳐서 나노선을 매다는(suspending) 등의 몇몇 방법들이 있다. 그러나, 이러한 방법들에서는 나노선을 정교하게 조작하여야 하며, 이로 인해 나노선에 물리적 손상이 일어날 수도 있다. 게다가 기판 커플링을 배제한 휨손실의 특성 평가는 큰 도전이다. 단일 나노선을 원하는 곡률(curvature)로 휘고 이를 유지하도록 완전한 공기 클래딩 조건에서 단일 나노선을 조작하는 것은 아주 어려운 문제이다.
현재 나노선의 형태조작 기술은 미세탐침을 이용한 '접촉 및 끌기'에 의존하고 있다. 하지만 탐침 접촉에 기반한 기술은 나노선에 물리적 손상을 주기 쉽고, 성공률이 낮으며, 공정이 매우 어렵고 복잡하다. 특히 나노선의 물리적 손상은 광학적, 전기적 및 기계적 성질에 크게 영향을 주기 때문에, 나노선과 기판의 접촉을 지양하는 새로운 조작 기술이 필요하다.
국제특허 출원 WO 2011/090226에서는 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 고종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선에 관한 기술을 개시하였다.
본 발명은 정전기력을 기반으로 나노선을 원격으로 조작하여, 접촉에 의한 물리적 손상을 비롯한 기존 기술의 제반 문제들을 해결하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법으로서, 공액 고분자의 내재된 전하와 대전된 물체 사이에 정전기력이 작용하는데, 대부분의 공액 고분자는 양전하를 띄기때문에 음전하를 띄는 미세관을 이용하면 정전기력을 기반으로 공액 고분자 나노선을 원격으로 조작할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 수직으로 성장시키는 단계; 및 음전하로 대전된 미세관과 상기 성장된 나노선 사이에 정전기력이 작용할 정도로 상기 대전된 미세관을 상기 성장된 나노선으로부터 이격하여 상기 성장된 나노선을 원격으로 조작하는 단계를 포함하는 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법이다.
바람직하게는, 상기 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 수직으로 성장시키는 단계는, 공액 고분자를 포함하는 용액을 유리 미세관에 채우는 단계; 상기 유리 미세관과 기판 사이에 메니스커스를 유도할 정도의 간격으로 기판으로부터 유리 미세관을 이격하여 용액을 스프레딩시키는 단계; 상기 유리 미세관을 수직으로 견인하여 기둥형의 침적물을 형성하는 단계; 및 상기 유리 미세관을 제거하여 침적물을 공기에 노출시켜 나노선을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 공액 고분자는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는, 상기 방법 중 어느 하나로 제조된 공액 고분자 나노선이다.
바람직하게는, 공액 고분자는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.
바람직하게는, 나노선은 직선 형태이다.
바람직하게는, 나노선은 굽은 형태이다.
바람직하게는, 나노선의 진행 손실은 진행 거리에 따라 1차 지수적으로 감쇠한다.
바람직하게는, 나노선의 휨 손실은 휨 반경에 따라 2차 지수적으로 감쇠한다.
또한 바람직하게는, 상기 나노선의 출력 강도는 아래의 식을 만족하는, 공액 고분자 나노선이다.
I = I0 exp(-(α+σ)x)
(I: 출력 강도,
I0: 입력 강도,
α: 감쇠 계수,
x: 진행 거리, 및
σ: 기판 커플링에 의한 추가 손실에 대한 감쇠 계수)
본 발명에 따르면, 3차원 공간상에서 기판이나 탐침과의 접촉없이 형태 조작이 가능하므로, 나노선의 광학 응용의 기본이 되는 진행 손실과 휨 손실을 정확하게 측정할 수 있다. 물리적 손상없이 원격으로 형태 조작이 가능하므로 본 발명은 광학 분야뿐만 아니라, 나노선을 활발히 활용하는 전자, 생명, 기계 분야에서도 핵심 기술로 이용할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 공액 고분자를 이용하여 나노선을 원격으로 조작하는 방법을 나타내는 방법을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1a는 공액 고분자가 채워진 미세관을 이용하여 메니스커스를 유도하여 나노선을 형성하는 방법을 나타내고, 도 1b는 3차원 공간에서 수직 성장된 나노선을 직선 형태로 유지하는 것을 나타내고, 도 1c는 대전된 미세관을 이동하여 3차원 공간에서 곡선 형태로 나노선을 조작하는 것을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 다양한 공액 고분자를 원격으로 조작하는 것을 나타낸다. 도 2a는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV)을 이용한 경우, 도 2b는 폴리피롤을 이용한 경우, 및 도 2c는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)을 이용한 경우를 나타낸다.
도 3은 295 nm의 직경을 갖는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV) 나노선의 진행 거리에 따른 특성을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 3a, 3b 및 3c는 진행거리에 따른 투과 및 광루미네선스(PL) 마이크로 그래프이고, 도 3d는 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 진행 거리에 따른 출력 강도 및 진행 손실을 나타내는 그래프이다.
도 4는 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 휨 손실 특성을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 4a, 4b 및 4c는 투과 및 광루미네선스(PL) 마이크로 그래프이고, 도 4d는 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 휨 반경(bending radius)에 따른 휨 손실을 나타내는 그래프이다.
도 5는 다양한 직경에 따른 진행 손실 및 휨 손실을 나타내는 그래프이다. 도 5a는 서로 다른 직경을 갖는 나노선들의 진행 손실이 진행 거리에 따라 1차 지수적으로 감소하는 것을 나타내고, 도 5b는 서로 다른 직경을 갖는 나노선들의 휨 손실이 곡률 반경에 따라 2차 지수적으로 감소하는 것을 나타낸다.
도 6은 진행 손실에 대한 기판 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 나노선의 성장 및 광학 특성을 측정하기 위한 실험 장치의 모식도이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.
본 발명은 공액 고분자(conjugated polymer)를 이용하여 완전한 공기 클래딩 조건에서 원격으로 나노선을 조작하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 원격으로 나노선을 조작하는 방법은 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 수직으로 성장시키는 단계; 및 음전하로 대전된 미세관과 상기 성장된 나노선 사이에 정전기력이 작용할 정도로 상기 대전된 미세관을 상기 성장된 나노선으로부터 이격하여 상기 성장된 나노선을 원격으로 조작하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 공액 고분자를 이용하여 나노선을 원격으로 조작하는 방법을 나타내는 방법을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1a는 공액 고분자가 채워진 미세관을 유도하여 나노선을 형성하는 방법을 나타내고, 도 1b는 음전하로 대전된 미세관과 양전하를 띄는 공액 고분자 사이의 정전기력에 의해 3차원 공간에서 수직 성장된 나노선을 유지하는 것을 나타내고, 도 1c는 대전된 미세관을 이동함으로써 정전기력에 의해 원격으로 나노선을 조작하는 것을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명은 다음의 단계에 의하여 나노선을 성장시킬 수 있다. 공액 고분자를 포함하는 용액을 미세관에 채우는 단계, 미세관과 기판 사이에 메니스커스를 유도할 정도의 간격으로 기판으로부터 미세관을 이격하여 용액을 스프레딩시키는 단계, 미세관을 수직으로 견인하여 기둥형의 침적물을 형성하는 단계 및 미세관을 제거하여 침적물을 공기에 노출시켜 나노선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 공액 고분자를 사용할 수 있다. 바람직하게는 공액 고분자는 유리 미세관이 보통 자연적으로 음전하를 가지므로, 양전하를 갖는 공액 고분자를 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 공액 고분자를 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV)을 사용할 수 있다. 도 2는 다양한 공액 고분자를 원격으로 조작하는 것을 나타낸다.
폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌]의 구조는 아래의 화학 구조와 같다.
Figure 112014003724993-pat00001
폴리피롤의 구조는 아래의 화학 구조와 같다.
Figure 112014003724993-pat00002
폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)의 구조는 아래의 화학 구조와 같다.
Figure 112014003724993-pat00003
공액 고분자 나노선을 제조하는 것은 공액 고분자의 제한된 용해도 때문에 전형적인 제조 방법, 예를 들어 전기 방사 등을 통해서는 제조하기 매우 어렵기 때문에, 낮은 농도의 용액을 사용하여 공액 고분자 나노선을 성장시키는 메니스커스 유도법을 사용한다. 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 성장시키는 경우, 다양한 기판에서 원하는 위치에 조절된 직경을 갖도록 조절할 수 있다.
공액 고분자가 포함된 용액으로 채워진 미세관을 메니스커스를 유도할 정도의 간격으로 이격하는 경우, 미세관의 개구부 외부에 메니스커스가 생성되고, 증발 현상에 의하여 침적물이 형성된다. 이 후 미세관을 위쪽으로 견인하면 기둥형의 침적물이 형성된다. 이를 통하여, 공액 고분자 나노선을 원하는 길이로 성장시킬 수 있다.
다음으로, 음전하로 대전된 미세관과 상기 성장된 나노선 사이에 정전기력이 작용할 정도로 상기 대전된 미세관을 상기 성장된 나노선으로부터 이격하여 상기 성장된 나노선을 원격으로 조작하는 단계는 공액 고분자와 대전된 미세관 사이의 정전기력에 의한다. 즉, 제조된 공액 고분자는 양전하를 띄기 때문에 음전하로 대전된 미세관을 이용하면 직접적인 접촉없이 원격으로 나노선을 조작할 수 있다. 직선 나노선을 휘어지게 하는 것은 성공률이 낮고, 공정이 어렵고 복잡하나, 본 발명의 방법, 즉 음전하로 대전된 미세관의 움직임을 조작함으로써 3차원 공간에서 원하는 곡률(curvature)로 쉽게 조작할 수 있다.
미세관은 유리 미세관을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 붕규산 유리 미세관을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전기력에 기반하여 음전하로 대전된 미세관을 조작하여 직선(straight) 및 굽은(curved) 공액 고분자 나노선을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 방법으로 조작된 나노선은 진행 손실 및 휨 손실과 관련하여 다음의 특성을 갖는다. 이하 도면을 이용하여 설명한다.
도 3은 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 진행 손실 특성을 나타내는 도면이다. 도 3a, 3b 및 3c는 투과 및 광루미네선스(PL) 마이크로 그래프이고, 도 3d는 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 진행 거리에 따른 출력 강도 및 진행 손실을 나타내는 그래프이다. 진행 손실은 가운데 부분(하얀 화살표들)을 중심으로 집중된 405 nm GaN 레이저 빔에 의해 여기된, 상부 말단(노란 사각형들)에서 산란된 PL을 수집하여 측정된다. 직경 295 nm의 나노선에 대한 측정된 출력 강도의 감쇠(attenuation)(도 3d의 검은 원들)는 람베르트-비어 법칙, I = I0 exp(-αx)의 1차 지수적 감소에 따른다. 여기에서 I, I0는 각각 출력 및 입력 강도이고, α는 감쇠 계수이고, x는 진행 거리이다. 계산된 감쇠 계수는 0.042 ㎛-1이고, 이는 고품질 공액 고분자 나노선들의 감쇠 계수와 비슷하다. 붉은 파선과 같은 추세선(linear fit)을 갖는 도 3d의 붉은 삼각형으로 그려진 바와 같이, 데시벨(dB), -10 log10(I / I0)으로 나타낸 진행 손실로부터, 단위 길이 당 진행 손실은 0.19 dB/㎛으로 계산된다. 특히, 측정된 진행 손실은 직선 나노선의 완전한 공기 클래딩으로 나타난 것처럼, 나노선의 기판 커플링에 전혀 영향을 받지 않은 정확한 측정값이다.
도 4은 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 휨 손실 특성을 나타내는 도면이다. 도 4a, 4b 및 4c는 투과 및 광루미네선스(PL) 마이크로 그래프이고, 도 4d는 295 nm의 직경을 갖는 MEH-PPV 나노선의 휨 반경(bending radius)에 따른 휨 손실을 나타내는 그래프이다. 휨 손실은 가운데 부분(하얀 화살표들)을 중심으로 집중된 405 nm GaN 레이저 빔에 의해 여기된, 상부 말단(노란 사각형들)에서 산란된 PL을 수집하여 측정된다. 측정된 휨 손실은 광섬유의 휨 손실과 동일하게 휨 반경에 대해 2차 지수적으로(double exponenetial) 의존한다. '굽은' 나노선의 감쇠에 대한 실험적 식은 I = I0 exp(-αx)exp(-γl)으로 변경될 수 있고, 상기 γ~C1exp(-C2R)은 휨 손실에 대한 감쇠 계수이고, l은 휘어진 영역의 길이이고, R은 곡률 반경이고, C1 및 C2는 나노선의 기하학 및 광학 특성에 대한 피팅 파라미터들(fitting parameters)이다. 휘어짐으로 인한 감쇠는 휘어지기 전에 직선 나노 와이어의 출력 강도에 휘어진 나노선의 출력 강도를 나눔으로써 exp(-γl) ~exp(-C1(exp(-C2R)))으로 계산되며, 곡률 반경 R에 대해 2차 지수적 의존성을 나타낸다. 도 4d의 휨 손실은 붉은 파선과 일치하게 R에 대한 2차 지수적 의존적 감쇠와 일치한다. 또한, 이와 같은 지수적 의존성은 완전한 공기 클래딩 조건 하에서 수행된 나노선들의 휨 손실에 대한 3D-FDTD 시뮬레이션 결과들과도 일치한다.
휨 손실은 이버네센트 필드(evanescent field)의 속도 불일치 및 모달 필드(modal field)의 변형에 의한 에너지 손실들을 포함하고, 휨 손실은 휜 영역 주위의 이버네센트 필드의 증강에 기여한다. 기판에 놓여있는 나노선에서는 증강된 필드가 기판 커플링에 의한 에너지 손실에 있어서의 증가를 유발할 수 있고, 따라서 그것의 특성 평가에 있어서 휨 손실의 과대 평가에 이를 수도 있다. 따라서, 완전한 공기 클래딩이 기판 효과에 의해 전반적으로 영향을 받지 않는 나노선의 실제 휨 손실을 평가하는 데 필요하다.
도 5는 다양한 직경에 따른 진행 손실 및 휨 손실을 나타내는 그래프이다. 도 5a는 서로 다른 직경(295 nm, 357 nm, 및 377 nm)을 갖는 나노선들이 진행 거리에 따라 1차 지수적으로 감소하는 것을 나타낸다. 완전한 공기 클래딩 조건에서 표면 오염에 따른 더 작은 직경의 더 큰 손실은 확장된 이버네센트 필드(evanescent field)의 산란에 기여한다. 또한, 도 5b는 서로 다른 직경을 갖는 나노선들이 곡률 반경에 따라 2차 지수적으로 감소하는 것을 나타낸다. 더 작은 직경의 더 큰 손실은 직경이 작아지면서 확장된 이버네센트 필드가 손실 모드(radiation mode)로 더 많이 커플링된 결과이다.
도 6는 진행 손실에 대한 기판 효과를 나타내는 그래프이다. 도 6의 붉은 원들은 완전한 공기 클래딩 조건에서 프리스탠딩 나노선에 대한 진행 손실을 나타내고, 도 6의 초록 원들은 기판 커플링을 최소화하기 위해 일반적으로 사용되는 MgF2 기판에서의 나노선에 대한 진행 손실을 나타낸다. MgF2 기판 상의 진행 손실은 0.29 dB/㎛를 초과하고, 완전한 공기-클래딩(0.16 dB/㎛) 보다 거의 두 배를 나타낸다. 감쇠 계수들의 차이 0.027 ㎛- 1는 기판 커플링에 기인한다. 이로부터, 우리는 감쇠에 대한 단순한 실증적 모델을 제안할 수 있다: I = I0 exp(-(α+σ)x). 여기에서, σ(도 6의 0.027 ㎛-1)는 기판 커플링에 의한 추가 손실에 대한 감쇠 계수이다. 진행 손실 및 기판 커플링에 의한 영향을 분리하는 감쇠 계수의 추정은 나노선들의 광 진행을 기본적 이해를 깊게 하고, 나노 규모의 광자학 디바이스들의 설계에서 우리의 나노기술의 실제 유용성을 제시할 수 있다.
실시예
1. 제조 방법
폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌] (평균 Mn 40,000 내지 70,000, 시그마-알드리히) 분말은 0.2 중량%의 농도에서 클로로벤젠 용매에 용해시켰다. 음파처리 후, 용액은 0.2 ㎛ 여과 튜브를 이용하여 여과되었다. 그 다음 용액을 팁 직경 ~ 0.5 ㎛의 유리 마이크로피펫에 채웠다. 마이크로피펫이 기판에 접촉하는 경우, MEH-PPV 용액의 메니스커스가 팁의 개구부의 바깥쪽으로 생성되었다. 마이크로피펫을 수직 방향으로 인출함으로써, 메니스커스 용액이 늘어나고, 용매는 빠르게 증발하여 MEH-PPV 나노선을 성장시켰다. 인출 속도 및 거리를 변화시킴으로써, 나노선의 직경 및 길이가 조절될 수 있다. 특히, 이 실험에서 성장된 전체 나노선들은 단일 모드 작동(d < 379 nm)을 위해 설계되었다.
2. 실험 장치
도 7은 나노선의 성장 및 광학 특성을 측정하기 위한 실험 장치(70)의 모식도이다. 3축 모터 스테이지들(KOHZU 프리시젼)의 각각의 세트에 장착된 마이크로 피펫(71)과 기판(72)은 LED 백라이트(Mightex, Precision LED Spotlight)(73)로 비춰지면서 대물렌즈(Mitutoyo, 100X Plan Apo HR Infinity-Corrected Objective)(78)를 통해 딥 쿨드 CCD 카메라(다이어그나스틱 인스트러먼트, SPOT Xplorer)(74)에 의해 가시화되었다. 수작업 마이크로-광발광(home-built micro-photoluminescence)(PL)은 다음과 같이 설계되었다. GaN 405 nm 연속파 레이져 빔(79)은 고역 다이크로익 거울(high-pass dichroic mirror)(77)에 반사되고, 대물렌즈(78)에 의해 나노선으로 집중되었다(레이저 전력계, OPHIR NOVA Ⅱ에 의해 1.91 mW/cm2으로 측정됨). 다음으로, 산란된 PL은 산란된 여기 레이저 광을 임의 가능한 수용을 제거하는 동일한 렌즈, 다이크로익 거울(77) 및 방출 필터(76)를 따라 딥 쿨드 CCD 카메라(74)에 의해 수집되었다.
3. 광학 특성 측정
도 3a의 좌측 및 우측의 투과 및 PL 마이크로그래프에서 나타난 바와 같이, 진행 손실에 대한 특성은 직선 나노선의 상부 말단으로부터 산란된 PL을 수집함으로써 수행되고, 나노선의 중간 부분을 중심으로 집중된 레이저 빔에 의해 여기된다. 도 3d(검은 원들)에서 설명된 것처럼, 산란된 PL의 강도는 나노선 및 마이크로피펫을 동시에 아래로 이동시킴으로써(도 3a 내지 2c), 진행 거리의 함수로서 측정된다. 휨 손실에 대한 광학 특성은 나노선의 하부를 중심으로 집중된 레이져 빔에 의해 여기된, 휘어진 나노선의 상부 말단으로부터 산란된 PL을 수집함으로써 수행되었다. 휨 손실은 진행 손실 전에 임의의 가능한 조사 손상을 피하기 위해 측정되었다.
4. 3D-FDTD 시물레이션
시물레이션들은 자유롭게 이용가능한 소프트웨어 패키지를 사용한 유한 차분 시간 영역(FDTD)법으로 수행되었다. 휨 손실들은 동일한 진행 길에 대해 직선 나노선의 지속적 출력 전력의 비율 및 휘어진 나노선의 지속적 출력 전력에 의해 얻어졌다. 연산 영역(computational domain)은 파장의 12분의 1의 셀 크기의 3차원 메쉬로 구분되고 완벽하게 일치된 층들에 의해 종료되었다.
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70: 실험장치
71: 마이크로 피펫
72: 기판
73: LED 백라이트
74: 딥 쿨드 CCD 카메라
75: 튜브 렌즈
76: 방출 필터
77: 다이크로익 거울
78: 대물렌즈
79: 405 nm GaN 레이져 빔

Claims (10)

  1. 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 수직으로 성장시키는 단계; 및
    음전하로 대전된 미세관과 상기 성장된 나노선 사이에 정전기력이 작용할 정도로 상기 대전된 미세관을 상기 성장된 나노선으로부터 이격하여 상기 성장된 나노선을 원격으로 조작하는 단계를 포함하는 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메니스커스 유도법을 이용하여 나노선을 수직으로 성장시키는 단계는,
    공액 고분자를 포함하는 용액을 유리 미세관에 채우는 단계;
    상기 유리 미세관과 기판 사이에 메니스커스를 유도할 정도의 간격으로 기판으로부터 유리 미세관을 이격하여 용액을 스프레딩시키는 단계;
    상기 유리 미세관을 수직으로 견인하여 기둥형의 침적물을 형성하는 단계; 및
    상기 유리 미세관을 제거하여 침적물을 공기에 노출시켜 나노선을 형성하는 단계를 포함하는, 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공액 고분자는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인, 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법으로 제조된 공액 고분자 나노선.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공액 고분자는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리피롤 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트)(PEDOT:PSS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인, 공액 고분자 나노선.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 나노선은 직선 형태인, 공액 고분자 나노선.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 나노선은 굽은 형태인, 공액 고분자 나노선.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 나노선의 진행 손실은 진행 거리에 따라 1차 지수적으로 감쇠하는, 공액 고분자 나노선.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나노선의 휨 손실은 휨 반경에 따라 2차 지수적으로 감쇠하는, 공액 고분자 나노선.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 나노선의 출력 강도는 아래의 식을 만족하는, 공액 고분자 나노선;
    I = I0 exp(-(α+σ)x)
    (I: 출력 강도,
    I0: 입력 강도,
    α: 감쇠 계수,
    x: 진행 거리, 및
    σ: 기판 커플링에 의한 추가 손실에 대한 감쇠 계수).
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