WO2011090226A1 - 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선 - Google Patents

3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선 Download PDF

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pipette
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제정호
김지태
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포항공과대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to the production of a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire and a omnidirectional wiring method, and to a conductive polymer ultra fine wire and wiring produced thereby. More specifically, the present invention provides a method for producing a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire (particularly a microwire or a nanowire) and omnidirectional wiring through local chemical polymerization using a micro pipette, and a conductive polymer ultra fine prepared thereby. Relates to wires and wiring.
  • conducting polymers also called ⁇ -conjugated polymers
  • conducting polymers have low density, their specific conductivity is higher than that of metal, and it has the advantage of changing the size of electrical conductivity according to doping. It has strengths as a material.
  • mechanical and chemical aspects are superior to metals in terms of workability, flexibility, strength, light weight, and chemical inertness.
  • Such conductive polymers have excellent properties such as microelectronics, optics, communication, sensors, displays, life sciences, and drug delivery systems. It can be used in various applications.
  • micro wires which are extremely fine wires having a diameter of about 1 to 1000 microns
  • nano wires which are about 1 to 1000 nanometers in diameter
  • the requirements for the application of these "microwires” or “nanowires” are: First, a structure having a high aspect ratio is required, the structure must be able to be manufactured individually at a desired position, and property modification of the fabricated structure should be easy. Finally, the process must be simple and inexpensive.
  • Lithography in this context includes soft lithography and "Dip-pen" lithography, as well as the common techniques used in silicon processing. Lithography in this comprehensive sense allows precise alignment of the microstructures and nanostructures to be fabricated, but has a disadvantage in that it is difficult to manufacture a wire having a high three-dimensional aspect ratio. Therefore, template technology and electro-pinning technology are widely used for 3D wire fabrication. Template technology has the advantage of being able to fabricate large quantities of wire at one time. At this time, the size and the number of wires is determined according to the size and number of pores (pore) of the template.
  • conductive polymer microwires and even nanowires are the core materials of nanotechnology, but the precise alignment and fabrication of three-dimensional wires, and the control of individual wire characteristics, still pose significant challenges.
  • the first object of the present invention is to use a chemical polymerization of a locally produced monomer solution through a micro pipette to align the wires produced simultaneously with the fabrication of a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire having a high aspect ratio It is to provide a method for producing a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire and a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire produced thereby.
  • a second object of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire wiring and simultaneously manufactured by wiring a three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire produced through a micro pipette in a desired position and direction and 3 To provide a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire wiring.
  • a third object of the present invention is to provide a method for individually controlling the physical or chemical properties of the three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire to the wiring and the conductive polymer ultra-fine wire or wiring produced thereby.
  • the aqueous solution of the conductive polymer monomer of step (a) is a mixed solution of pyrrole monomer and H 2 SO 4 .
  • the mixed solution comprises 50 g / L pyrrole monomer and 25 g / L H 2 SO 4 .
  • the predetermined distance of step (c) is determined in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the moving speed of the micro pipette in step (d) is determined in the range of 1 ⁇ m / sec to 3000 ⁇ m / sec.
  • the faster the moving speed of the micropipette, the diameter of the ultra fine wire is reduced.
  • the ultrafine wire is a microwire or a nanowire.
  • the micropipettes are each adjusted in microns by a stepping motor.
  • 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA) is added to the aqueous monomer solution of the conductive polymer to control the electrical conductivity.
  • the high aspect ratio three-dimensional conductive polymer ultrafine wire of the present invention is characterized in that the production and alignment is made at the same time by the manufacturing method.
  • the aqueous monomer solution of the conductive polymer of step (a) is a mixed solution of pyrrole monomer and H 2 SO 4 .
  • the mixed solution comprises 50 g / L pyrrole monomer and 25 g / L H 2 SO 4 .
  • the predetermined distance of step (c) is determined in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the moving speed of the micro pipette in step (d) is determined in the range of 1 ⁇ m / sec to 3000 ⁇ m / sec.
  • the faster the moving speed of the micropipette, the diameter of the ultra fine wire is reduced.
  • the ultrafine wire is a microwire or a nanowire.
  • the micropipettes are each adjusted in microns by a stepping motor.
  • 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA) is added to the aqueous monomer solution of the conductive polymer to control the electrical conductivity.
  • the three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire wiring of the present invention is characterized in that the production and the wiring is made at the same time by the manufacturing method of the conductive polymer ultra-fine wire wiring.
  • a method for producing a three-dimensional conductive polymer micro wire which can not only be precisely aligned in a desired position but also requires no additional process for the preparation of the three-dimensional conductive polymer micro wire of a desired diameter and length through a micropipette, and It is possible to obtain a three-dimensional conductive polymer ultra fine wire produced by the.
  • a method for manufacturing a three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire wiring for manufacturing the wiring of the three-dimensional conductive polymer ultra-fine wire produced through a micro pipette in a desired position and direction, and the three-dimensional conductive polymer pole manufactured thereby Fine wire wiring can be obtained.
  • the present invention relates to the development of local chemical polymerization via micropipettes based on the use of oxygen in the air as an oxidant in the polymerization of conductive polymer monomers.
  • the aqueous solution meniscus has a high effective oxygen concentration around the polymerization occurs faster than in the case of the existing aqueous film and the conductive polymer structure is formed in a quick time.
  • the diameter of the meniscus is controlled by controlling the pulling speed of the pipette, thereby effectively controlling the diameter of the conductive polymer ultrafine wire from micrometer to nanometer.
  • the physical and chemical properties of the conductive polymer ultra fine wire were individually realized by adding a specific substance to the monomer.
  • the present invention has been developed to develop a method that can produce three-dimensional conductive polymer micro, nanowires in a fast and inexpensive manner and can be aligned in any position and direction at the same time and can be manipulated their properties. It suggests the possibility of industrialization.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a technique for fabricating high aspect ratio three-dimensional conductive polymer ultrafine wires (particularly micro or nanowires) by using a micropipette local chemical polymerization method according to the present invention and simultaneously aligning them.
  • FIG. 2A is a schematic diagram based on a real-time X-ray image of a polypyrrole wire generated when a micropipette having a 5 ⁇ m radius containing a pyrrole aqueous solution is spaced at a interval of 0.7 seconds at 2.5 ⁇ m intervals.
  • the radius of the wire is 3.5 ⁇ m smaller than the radius of the micro pipette.
  • FIG. 2B is a schematic diagram based on a real-time X-ray image of a polypyrrole wire generated when a 5 ⁇ m radius micro pipette containing an aqueous solution of pyrrole is spaced at 2.5 second intervals at 1.0 second intervals.
  • the radius of the wire is 5.0 ⁇ m, which is equal to the radius of the micro pipette.
  • 2D is a graph showing the correlation between the micropipette radius and the polymerization point. It can be seen that the polymerization point decreases as the pipette radius decreases.
  • Figure 3a is a schematic diagram based on the X-ray image showing the phenomenon that the radius of the wire decreases as the separation speed of the micro pipette increases.
  • Figure 3b is a graph showing the correlation between the separation speed of the micro pipette and the radius of the wire. It can be seen that as the separation speed of the pipette increases, the radius of the wire decreases to obtain a nanometer scale radius.
  • FIG. 4 is a three-dimensional polypyrrole wire array image produced through the omnidirectional space of the micro pipette.
  • Field emission scanning electrons of high aspect ratio wire array (60: 1) (FIG. 4A), nanowire bridge (FIG. 4B), junction structure of two nanowires, and three-dimensional arch wire array (FIG. 4D) Microscope (FE-SEM) image.
  • FIG. 5 is an I-V graph of the conductive polymer nanowires fabricated by local chemical polymerization of a micropipette. As the current increases linearly with the applied voltage, it can be seen that the conductive polymer ultra fine wire (radius 500 nm) connecting the two gold (Au) electrodes is in ohmic contact.
  • Figure 5b is a graph showing that the electrical conductivity increases as the doping concentration of 2-naphtalenesulfonic acid added to the pyrrole aqueous solution.
  • FIG. 6 is a process diagram of a technique for producing a high aspect ratio three dimensional conductive polymer ultra fine wire (preferably microwire or nanowire) wiring from a first point to a second point using a micropipette local chemical polymerization method.
  • FIG. 1 is a process diagram of a technique for producing a high aspect ratio three-dimensional conductive polymer ultra fine wire (preferably microwire or nanowire) using a micro pipette local chemical polymerization method.
  • a key idea for simultaneously aligning the conductive polymer ultrafine wire with a desired position is to locally supply an aqueous monomer solution.
  • the pipette 10 having a micrometer diameter is filled with the conductive polymer monomer solution 3 containing the monomer of the conductive polymer, and the lower end 11 of the pipette 10 is conductive in the surface of the substrate. It is located in the vicinity of the alignment position (X) of the polymer ultrafine wire 30 (see Fig. 1 (a)). Then, the lower end 11 of the micro pipette 10 is brought into contact with the alignment position X of the surface (X) conductive polymer ultrafine wire 30 of the substrate (see FIG. 1 (b)).
  • the micropipette 10 is spaced apart from the surface 21 of the substrate 20 by a predetermined distance d, and an aqueous solution (B) is formed between the surface 21 of the substrate 20 and the lower end 11 of the micropipette 10.
  • a meniscus M of 3) is formed (see FIG. 1 (c)).
  • the meniscus (M) reacts with oxygen in the air to cause a polymerization action and grow the pipette 10 at a constant rate so as to grow to the aspect ratio conductive polymer ultra fine wire 30. Is moved in the growth direction (see FIG. 1 (d)).
  • the cross-sectional area of the meniscus (M) decreases and is simultaneously polymerized with oxygen in the air serving as an oxidant, and at the same time, the solvent is evaporated so that the conductive polymer ultra fine wire 30 is formed. Is formed.
  • the diameter of the conductive polymer micro fine wire 30 formed at this time is smaller than the diameter of the pipette 10 due to the decrease in the cross section of the meniscus (M).
  • the high aspect ratio wire 30 is produced by successive spacing of the pipette 10 (see FIG. 1 (e)).
  • the glass micro pipette 10 having the desired aperture was precisely drilled with a pipette puller (P-97, Sutter Instrument).
  • polypyrrole is used as the conductive polymer.
  • pyrrole monomer 50 g / L
  • H 2 SO 4 25 g / L
  • This aqueous solution (3) was used by filling into a micropipette (10) having a micrometer diameter.
  • the substrate 20 uses a silicon substrate on which platinum is deposited.
  • the position of the micro pipette 10 was precisely controlled by three stepping motors (not shown).
  • the reduction in the cross-sectional area of the conductive polymer (pyrrole) monomer aqueous solution meniscus (M) generated through contact with the substrate 20 of the micro pipette 10 is related to its viscosity. Indeed, as the viscosity of the conductive polymer monomer aqueous solution 3 increases, the rate of decrease of the cross-sectional area decreases. The viscosity of this aqueous solution (3) increases as the degree of polymerization of the monomer increases.
  • This polymerization is related to the exposure time of the aqueous solution of pyrrole in air since oxygen in the air acts as an oxidant.
  • oxygen in the air acts as an oxidant.
  • much research has been conducted on the use of oxygen in air as an oxidant in the synthesis of polypyrrole films (Gursel Sonmez et. Al, “Highly transmissive and conductive PXDOP films prepared by air or transition metal catalyzed chemical oxidation”, J. Mater. Chem. (2001); 2 Chin-Lin Huang et. Al., "Coating of uniform inorganic particles with polymers", J. Mater. Res. (1995)) and monomeric meniscus for the production of three-dimensional micro to nanowires and its No research has been reported on the polymerization of.
  • 2a and 2b are schematic diagrams based on X-ray images showing the appearance of polypyrrole wire when the time interval between the separations is (a) 0.7 seconds and (b) 1.0 seconds.
  • a wire having a radius of 3.5 ⁇ m smaller than the radius of the pipette is generated, whereas in 1.0 second, a wire having a radius of 5.0 ⁇ m equal to the diameter of the pipette is generated.
  • 2C shows that the radius of the wire increases to reach the pipette radius as the time interval between spacings increases.
  • the minimum time interval when the radius of the wire reaches the pipette radius is called the “polymerization point”.
  • This "polymerization point” is determined by the volume of meniscus produced initially.
  • 2D shows that the polymerization point decreases as the radius of the micropipette decreases. It can be seen from the second law of diffusion that it is determined by the diffused concentration of oxygen in the monomer aqueous solution to the meniscus (dotted line). This result concluded that the reduction of the meniscus cross-sectional area due to the spacing of the micro pipettes increased the viscosity, resulting in polypyrrole wires of steady-state diameter.
  • the relationship between the cross-sectional area of the aqueous meniscus, the diffusion time of oxygen, and the viscosity determines the polypyrrole wire of constant diameter. This allows the production of polypyrrole wire of the desired diameter by controlling the separation speed of the micro pipette.
  • 3A shows that the polypyrrole wire radius decreases from 5 to 1.75 ⁇ m as the separation rate of the micropipette increases from 2.5 to 25 ⁇ m / s.
  • Figure 3b to increase the separation speed to 2100 ⁇ m / s to produce a wire of 110nm radius.
  • Figure 4 shows the alignment direction and the position of the polypyrrole micro, nanowires are precisely adjusted through the omnidirectional separation of the micro pipette.
  • 4A is a high aspect ratio (60: 1) polypyrrole wire array.
  • 4B is a polypyrrole nano bridge (separation rate: 500 ⁇ m / sec, radius 450 nm). Such a structure is an essential form for connecting three-dimensional leads between boards of a three-dimensional electronic circuit.
  • 4C is a junction structure made by crossing two nanowires (separation rate: 1200 ⁇ m / sec, radius 200 nm).
  • Figure 4d is a three-dimensional arched wire structure (radius 2.5 ⁇ m).
  • FIG. 5 shows that the electrical conductivity of the nanowires can be individually controlled through doping. This is an essential form of multifunctional circuit.
  • gold Au
  • FIG. 5A is a graph of current-voltage measurement results in which 2-naphtalenesulfonic acid of polypyrrole nanowires with 500 nm radius was added to 0 M-0.15 M, and the inserted image shows an electric field showing polypyrrole nanowires connecting two gold electrodes. Emission scanning electron microscopy image. This result shows that the electrical conductivity of individual nanowires is regulated between 10 ⁇ 2 and 10 ⁇ 1 S / cm (FIG. 5B).
  • the high aspect ratio three-dimensional conductive polymer ultra fine wire 30 manufactured by the method for manufacturing a high aspect ratio three-dimensional conductive polymer ultra fine wire 30 can be aligned at the same time as the manufacturing process, so that a separate additional process is not required for alignment after manufacture. Do.
  • FIG. 6 shows a high aspect ratio three dimensional conductive polymer ultra fine wire 40 (preferably microwire or nanowire) wiring from a first point X to a second point Y using a micropipette local chemical polymerization method. This is a process chart of the technology to produce.
  • a conductive polymer monomer solution 3 containing a monomer of a conductive polymer is filled in a micro pipette 10 having a micrometer diameter, and the lower end 11 of the pipette 10 is placed on the substrate 20. It is located in the vicinity of the first point (X) of the surface 21 of the (see Fig. 6 (a)).
  • the lower end 11 of the micro pipette 10 is brought into contact with the first point X of the surface 21 of the substrate 20 (see FIG. 6 (b)).
  • the micropipette 10 is spaced apart from the first point X of the surface 21 of the substrate 20 by a predetermined distance d, and the first point X of the surface 21 of the substrate 20 A meniscus M of the conductive polymer monomer aqueous solution 3 is formed between the lower ends 11 of the micro pipettes 10 (see FIG. 6 (c)).
  • the meniscus (M) reacts with oxygen in the air to cause a polymerization action and grow the pipette 10 at a constant rate so as to grow to the aspect ratio conductive polymer ultra fine wire 30. Is moved in the growth direction (see Fig. 6 (d)).
  • the cross-sectional area of the meniscus (M) decreases and is simultaneously polymerized with oxygen in the air serving as an oxidant, and at the same time, the solvent is evaporated so that the conductive polymer ultra fine wire 30 is formed. Is formed.
  • the diameter of the conductive polymer micro fine wire 30 formed at this time is smaller than the diameter of the pipette 10 due to the decrease in the cross section of the meniscus (M).
  • the lower end 11 of the pipette 10 is brought into contact with the second point Y of the substrate 20 to wire the conductive polymer ultrafine wire from the first point X to the second point Y. 40 is produced (see Fig. 6 (e) -6 (f)).
  • the contents described in connection with the method of manufacturing the conductive polymer micro wire can be applied to the manufacturing process of the conductive polymer micro wire.
  • the three-dimensional conductive polymer ultra fine wire wiring 40 manufactured by the method of manufacturing the conductive polymer ultra fine wire wiring may be simultaneously manufactured and wired.
  • Conducting polymer It refers to a plastic through electricity while maintaining the advantages of light and easy processing. Examples thereof include polypyrrole, polyaniline, and PEDOT.
  • Ultrafine wire A wire whose diameter of cross section is about 1000 ⁇ m or less.
  • microwire A micro wire having a diameter of about 1 ⁇ to 1000 ⁇ in cross section.
  • Nanowire A nanowire having a diameter of about 1 nm to 1000 nm in cross section.

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Abstract

본 발명은 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 고종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 제조방법은, (a) 전도성 고분자의 단량체 (monomer) 수용액을 채운 마이크로 피펫의 하단부를 기판의 표면중 전도성 고분자 극미세 와이어의 정렬 위치 부근에 위치시키는 단계; (b) 상기 마이크로 피펫의 하단부를 상기 기판의 표면중 상기 전도성 고분자의 정렬 위치에 접촉시키는 단계; (c) 상기 기판의 표면으로부터 상기 피펫을 소정거리 이격시켜 상기 기판의 표면과 상기 피펫 하단부 사이에 상기 수용액의 메니스커스를 형성 시키는 단계; 및 (d) 상기 메니스커스가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 고 종횡비의 전도성 고분자 극미세 와이어로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫을 전도성 고분자 극미세 와이어의 성장 방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선
본 발명은 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 마이크로 피펫을 이용한 국부 화학 중합을 통한 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(특히, 마이크로와이어 또는 나노와이어)의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선에 관한 것이다.
전도성 고분자(conducting polymer, π-conjugated polymer라고도 함)은 낮은 밀도를 갖기 때문에 Specific Conductivity (전기전도도를 질량으로 나눈 값)가 금속보다 높으며 도핑에 따라 전기전도도의 크기를 바꿀 수 있는 장점이 있어 전기 전도성 재료로서 강점을 가지고 있다. 그리고 기계, 화학적 측면에서도 금속에 비해 가공성이 월등히 뛰어나다는 장점과 유연하고, 강도가 있으며, 무게가 가볍고, 화학적으로 불활성이라는 장점을 가진다. 이처럼 우수한 특성을 갖는 전도성 고분자는 전자공학 (microelectronics), 광학 (optics), 통신 (communication), 센서 (sensor), 디스플레이 (display), 생명과학 (life science), 약물전달 (drug delivery system) 등과 같이 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다.
이 같은 응용의 효과적인 접근을 위해서는 전도성 고분자의 3차원 구조물의 제작, 패터닝이 필수적이다. 특히 와이어 형태의 3차원 구조물은 복잡한 구조물 제작에 있어 기본 단위가 되며, 그 응용 범위가 광범위하다. 그 중에서도, 전도성 고분자로 이루어진 단면의 지름이 약 1 내지 1000 미크론 수준의 극미세 와이어인 “마이크로 와이어”와 단면의 지름이 약 1 내지 1000 나노미터 수준의 극미세 와이어인 “나노 와이어”의 중요성이 날로 증가하고 있다. 이러한 “마이크로 와이어” 또는 “나노 와이어”가 효과적으로 응용되기 위해 필요한 요건들은 다음과 같다. 먼저, 고 종횡비를 갖는 구조물이 요구되며, 구조물을 원하는 위치에 개별적으로 제작될 수 있어야 하고, 제작한 구조물의 특성 조작 (property modification)이 용이해야 한다. 마지막으로 공정이 간단하고 저렴해야 한다.
현재 사용되고 있는 전도성 고분자 마이크로 또는 나노 와이어 제작 기술들은 크게 리소그래피(lithography), 템플레이트 합성(template synthesis), 일렉트로스핀닝(electrospinning)으로 분류할 수 있다. 이 때 리소그래피는 실리콘 공정에서 쓰이는 일반적인 기술은 물론 소프트 리소그래피(soft lithography)와 "Dip-pen" 리소그래피를 포함한다. 이 같은 포괄적인 의미의 리소그래피는 제작하는 마이크로, 나노 구조물의 정확한 정렬이 가능하지만, 3차원 고 종횡비를 갖는 와이어의 제작이 어렵다는 단점을 갖는다. 따라서 현재 3차원 와이어 제작을 위해서 템플레이트 기술과 일렉트로스핀닝 기술이 널리 사용되고 있다. 템플레이트 기술은 한 번에 다량의 와이어를 제작할 수 있다는 강점을 갖는다. 이때, 와이어의 크기와 수는 템플레이트가 갖는 포어(pore)의 크기와 수에 따라 결정된다. 또 하나의 대표적인 방법인 일렉트로스피닝 기술은 종횡비의 제한 없이 와이어를 길게 제작할 수 있다는 장점을 갖는다. 하지만 이 두 방법 모두 제작된 와이어를 원하는 위치에 정확히 정렬하는데 어려움이 있어 이를 위한 추가 공정이 필요하게 되는데 이 작업은 마이크로, 나노미터 단위에서 많은 기술적 어려움이 따른다.
위에서 언급한 바처럼, 전도성 고분자 마이크로와이어 더 나아가 나노와이어는 나노기술의 핵심 재료이지만 3차원 와이어를 정확히 정렬과 제작, 그리고 개별적인 와이어의 특성을 조절하는 것은 여전히 큰 난관에 봉착해 있다.
본 발명의 제1 목적은 마이크로 피펫을 통해 국부적으로 생성된 단량체 (monomer) 용액의 화학 중합을 이용하여 고 종횡비를 갖는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제작과 동시에 제작된 와이어를 정렬시킬 수 있어 이를 위한 추가 공정이 불필요한 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 마이크로 피펫을 통해 제작된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어를 원하는 위치와 방향으로 제작과 동시에 배선하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 내지 배선의 물리 또는 화학적 특성 등을 개별적으로 조절하는 방법 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어 내지는 배선을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 고종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법은,
(a) 전도성 고분자의 단량체 (monomer) 수용액을 채운 마이크로 피펫의 하단부를 기판의 표면 중 전도성 고분자 극미세 와이어의 정렬 위치 부근에 위치시키는 단계;
(b) 상기 마이크로 피펫의 하단부를 상기 기판의 표면 중 상기 전도성 고분자의 정렬 위치에 접촉시키는 단계;
(c) 상기 기판의 표면으로부터 상기 피펫을 소정거리 이격시켜 상기 기판의 표면과 상기 피펫 하단부 사이에 상기 수용액의 메니스커스를 형성시키는 단계; 및
(d) 상기 메니스커스가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 고 종횡비의 전도성 고분자 극미세 와이어로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫을 전도성 고분자 극미세 와이어의 성장 방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 (a)의 상기 전도성 고분자 단량체의 수용액은 피롤(Pyrrole) 단량체와 H2SO4의 혼합 용액이다.
바람직하게는, 상기 혼합 용액은 피롤 단량체 50g/L 및 H2SO4 25g/L를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)의 상기 소정의 거리는 1μm 내지 10μm 범위에서 결정된다.
바람직하게는, 상기 단계 (d)에서의 마이크로 피펫의 이동속도는 1μm/sec 내지 3000μm/sec 범위에서 결정된다.
바람직하게는, 상기 마이크로피펫의 이동속도가 빨라질수록 상기 극미세 와이어의 직경이 감소된다.
바람직하게는, 상기 극미세 와이어는 마이크로 와이어 또는 나노 와이어이다.
바람직하게는, 상기 단계 (a), (b), (c) 및 (e) 단계에서, 상기 마이크로피펫은 스테핑 모터에 의해 마이크론 단위로 각각 조절된다.
바람직하게는, 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액에 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA)가 첨가되어 전기전도성이 조절된다.
또한, 본 발명의 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어는 상기 제조 방법에 의해 제조와 정렬이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 제1지점에서 제2지점으로의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법은,
(a) 전도성 고분자의 단량체 (monomer) 수용액을 채운 마이크로 피펫의 하단부를 기판의 표면의 제1지점 부근에 위치시키는 단계;
(b) 상기 마이크로 피펫의 하단부를 상기 기판의 표면의 제1지점과 접촉시키는 단계;
(c) 상기 기판의 표면의 제1지점으로부터 상기 피펫을 소정거리 이격시켜 상기 기판의 표면의 제1지점과 상기 피펫 하단부 사이에 상기 수용액의 메니스커스를 형성시키는 단계;
(d) 상기 메니스커스가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이 거리에 해당하는 길이의 전도성 고분자 극미세 와이어로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫을 전도성 고분자 극미세 와이어의 성장 방향으로 이동시키는 단계; 및
(e) 상기 피펫의 하단부를 상기 기판의 제2지점에 접촉시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 (a)의 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액은 피롤(Pyrrole) 단량체와 H2SO4의 혼합 용액이다.
바람직하게는, 상기 혼합 용액은 피롤 단량체 50g/L 및 H2SO4 25g/L를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)의 상기 소정의 거리는 1μm 내지 10μm 범위에서 결정된다.
바람직하게는, 상기 단계 (d)에서의 마이크로 피펫의 이동속도는 1μm/sec 내지 3000μm/sec 범위에서 결정된다.
바람직하게는, 상기 마이크로피펫의 이동속도가 빨라질수록 상기 극미세 와이어의 직경이 감소된다.
바람직하게는, 상기 극미세 와이어는 마이크로 와이어 또는 나노 와이어이다.
바람직하게는, 상기 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)에서 상기 마이크로피펫은 스테핑 모터에 의해 마이크론 단위로 각각 조절된다.
바람직하게는, 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액에 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA)가 첨가되어 전기전도성이 조절된다.
또한, 본 발명의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선은 상기 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법에 의해 제조와 배선이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 마이크로 피펫을 통해 원하는 직경과 길이의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 함께 원하는 위치에 정확히 정렬가능할 뿐만 아니라 이를 위한 추가 공정이 불필요한 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 마이크로 피펫을 통해 제작된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 배선을 원하는 위치와 방향으로 제조하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제조된 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 내지 배선의 물리 또는 화학적 특성 등을 개별적으로 조절하는 방법 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어 내지는 배선을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 공기 중의 산소가 전도성 고분자 단량체의 중합에 있어 산화제로 사용된다는 것을 기반으로 한 마이크로 피펫을 통한 국부 화학 중합법 개발에 관련된 것으로, 본 발명에 의하면 공정 중 피펫과 기판 사이에 형성된 단량체 수용액 메니스커스는 주위에 높은 유효 산소 농도를 갖게 되어 기존 수용액 필름의 경우보다 빠르게 중합이 일어나게 되고 빠른 시간에 전도성 고분자 구조물 형성된다. 본 발명에서는 피펫의 당김 속도 조절을 통해 메니스커스의 지름을 조절하였고 이를 통해 전도성 고분자 극미세 와이어의 직경을 마이크로미터에서 나노미터까지의 조절을 효과적으로 실현하였다. 또한, 전도성 고분자 극미세 와이어의 물리, 화학적 특성을 단량체에 특정 물질을 첨가하여 개별적으로 실현하였다. 리소그라피 등의 다른 접근법들에 비교하여, 본 발명은 신속하고 저렴한 방법으로의 3차원 전도성 고분자 마이크로, 나노 와이어를 제작과 동시에 모든 위치, 방향으로 정렬할 수 있고 그것의 특성 조작이 가능한 방법의 개발로 산업화 응용 가능성을 제시한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 피펫 국부 화학 중합법으로 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(특히, 마이크로 또는 나노 와이어)를 제작, 그와 동시에 정렬하는 기술의 모식도이다.
도 2a는 피롤 수용액이 포함된 5μm 반경의 마이크로 피펫을 2.5μm 씩 0.7초 간격으로 이격시켰을 때 생성되는 폴리피롤 와이어의 실시간 X선 영상을 기반으로 제작된 모식도이다. 여기서, 와이어의 반경은 마이크로 피펫의 반경보다 작은 3.5μm이다.
도 2b는 피롤 수용액이 포함된 5μm 반경의 마이크로 피펫을 2.5μm 씩 1.0초 간격으로 이격시켰을 때 생성되는 폴리피롤 와이어의 실시간 X선 영상을 기반으로 제작된 모식도이다. 여기서, 와이어의 반경은 마이크로 피펫의 반경과 같은 5.0μm이다.
도 2c는 피롤 수용액이 포함된 5μm 반경의 마이크로 피펫을 2.5μm 씩 이격시길 때의 시간 간격과 와이어의 반경의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 시간 간격이 증가할수록 와이어의 반경이 증가하다가 1.0초 이후에 마이크로 피펫의 반경에 도달하여 일정하게 유지된다. 와이어의 반경/피펫 반경 = 1이 되는 최소시간을 “중합점”으로 정의한다.
도 2d는 마이크로 피펫 반경과 중합점과의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 피펫 반경이 감소할수록 중합점이 감소함을 볼 수 있다.
도 3a는 마이크로 피펫의 이격속도가 증가함에 따라 와이어의 반경이 감소하는 현상을 보여주는 X선 이미지을 기반으로 제작된 모식도이다.
도 3b는 마이크로 피펫의 이격속도와 와이어의 반경의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 피펫의 이격속도가 증가할수록 와이어의 반경이 감소하여 나노미터 스케일의 반경이 얻어짐을 볼 수 있다.
도 4는 마이크로 피펫의 전방향의 이격을 통해 제작된 3차원 폴리피롤 와이어 어레이 이미지이다. 고 종횡비 와이어 어레이 (60:1) (도 4a), 나노와이어 브릿지 (bridge) (도 4b), 두 나노와이어의 접합 (junction) 구조, 그리고 3차원 아치 와이어 어레이 (도 4d)의 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 이미지이다.
도 5는 마이크로 피펫의 국부 화학 중합법을 통해 제작된 전도성 고분자 나노 와이어의 I-V 그래프이다. 인가전압의 증가에 따라 전류가 선형으로 증가하는 것을 통해 두 금 (Au) 전극 사이를 연결하고 있는 전도성 고분자 극미세 와이어 (반경 500nm)가 ohmic 접촉을 하고 있다는 것을 알 수 있다. 도 5b는 피롤 수용액에 첨가한 2-naphtalenesulfonic acid의 도핑 농도가 증가함에 따라 전기전도도가 증가함을 나타내는 그래프이다.
도 6은 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 제1지점에서 제2지점으로의 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(바람직하게는 마이크로와이어 또는 나노와이어) 배선을 제작하는 기술의 공정도이다
본 발명의 바람직한 실시 예들은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 1은 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용하여 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(바람직하게는 마이크로와이어 또는 나노와이어)를 제작하는 기술의 공정도이다. 본 발명에서 원하는 위치에 전도성 고분자 극미세 와이어를 제조와 동시에 정렬하기 위한 핵심 아이디어는 단량체 수용액을 국부적으로 공급하는 것이다.
이를 위해 마이크로미터 단위의 구경을 갖는 피펫(10)에 전도성 고분자의 단량체(monomer)가 포함된 전도성 고분자 단량체 수용액(3)을 채우고, 이러한 피펫(10)의 하단부(11)를 기판의 표면중 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 정렬 위치 (X) 부근에 위치시킨다(도 1(a) 참조). 그 다음, 이 마이크로 피펫(10)의 하단부(11)를 기판의 표면(X) 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 정렬 위치(X)에 접촉시킨다(도 1(b) 참조). 그 다음, 기판(20)의 표면(21)으로부터 마이크로 피펫(10)을 소정거리(d) 이격시켜 기판(20)의 표면(21)과 마이크로 피펫(10)의 하단부(11) 사이에 수용액(3)의 메니스커스(M)를 형성시킨다(도 1(c) 참조). 그 다음 메니스커스(M)가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 고 종횡비의 전도성 고분자 극미세 와이어(30)로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫(10)을 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 성장 방향으로 이동시킨다(도 1(d) 참조). 여기서, 일정한 속도로 피펫(10)을 이격시키면 메니스커스(M)의 단면적이 감소함과 동시에 산화제 역할을 하는 공기 중의 산소와 만나 중합되고 동시에 용매가 증발되어 전도성 고분자 극미세 와이어(30)가 형성된다. 이 때 형성된 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 직경은 위의 메니스커스(M) 단면적 감소로 인해 피펫(10)의 직경보다 작게 된다. 피펫(10)의 연속적인 이격을 통해 고 종횡비 와이어(30)를 제작한다(도 1(e) 참조).
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 다음과 같은 실험 조건들이 사용되었다.
바람직하게는, 원하는 구경을 가지는 유리 마이크로 피펫(10)은 피펫풀러 (pipette puller, P-97, Sutter Instrument)로 정확히 세공되었다. 바람직하게는 전도성 고분자로는 폴리피롤을 이용하였다. 바람직하게는, 중합을 위한 전도성 고분자 단량체 수용액(3)으로 피롤 단량체(pyrrole monomer)(50g/L), H2SO4(25g/L)가 사용되었다. 이 수용액(3)을 마이크로미터 단위의 구경을 가지는 마이크로 피펫(10)에 채워 사용하였다. 바람직하게는, 기판(20)은 백금이 증착된 실리콘 기판을 사용하였다. 바람직하게는 마이크로 피펫(10)의 위치는 3개의 스테핑 모터들(미도시)에 의해서 정확하게 제어되었다. 제작 공정의 실시간 연구를 위해 실시간 위상차 X선 이미징을 통해 영상화를 구현하였다. X선 이미징 실험은 대한민국, 포항 방사광 가속기 연구소 (PLS)의 7B2 X-선 마이크로스코피 빔라인(Microscopy beamline)에서 수행되었다. 제조된 구조물의 미세현미경적 특징과 전기적인 특성 연구를 위해 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM)과 검침기(Probe station)가 사용되었다.
본 발명에서는 전도성 고분자(폴리피롤) 와이어(30) 제작 공정 시 일정한 직경을 확보하는 것이 중요하다. 이를 위해 마이크로 피펫(10)의 기판(20)과의 접촉을 통해 생성된 전도성 고분자(피롤) 단량체 수용액 메니스커스(M)의 단면적의 감소가 이의 점성과 관련됨을 이해하고자 한다. 실제로 전도성 고분자 단량체 수용액(3)의 점성이 증가함에 따라 단면적의 감소율은 감소한다. 본 수용액(3)의 점성은 단량체의 중합도가 증가함에 따라 증가하게 된다. 본 중합은 공기 중의 산소가 산화제 역할을 함으로 이루어지므로 피롤 수용액의 공기 중 노출 시간과 관련된다. 지금까지 공기 중에 산소가 폴리피롤 필름의 합성 시 산화제로 사용된다는 것에 대한 연구는 많이 있었지만 (①Gursel Sonmez et. al, “Highly transmissive and conductive PXDOP films prepared by air or transition metal catalyzed chemical oxidation", J. Mater. Chem. (2001); ②Chin-Lin Huang et. al., "Coating of uniform inorganic particles with polymers", J. Mater. Res. (1995)) 3차원의 마이크로 내지 나노 와이어 제조를 위한 단량체 메니스커스와 그것의 중합에 대한 연구 결과는 보고된 바가 없다.
이를 이해하기 위해 마이크로 피펫의 이격을 2.5μm 씩 일정한 시간 간격으로 수행하면서 메니스커스의 단면적 감소를 측정하였다. 여기서 마이크로 피펫(10)의 말단 반경은 5μm로 일정하게 유지하였다. 도 2a, 2b는 이격 간 시간 간격이 (a) 0.7초, (b) 1.0초 일 때의 폴리피롤 와이어의 모습을 보여주는 X-선 영상을 기반으로하여 제작된 모식도이다. 0.7초일 경우 피펫의 반경보다 작은 3.5μm 반경을 가지는 와이어가 생성된 반면, 1.0초 일 때에는 피펫 반경과 같은 5.0μm 반경을 가지는 와이어가 생성됨을 볼 수 있다. 도 2c는 이격 간 시간 간격이 증가함에 따라 와이어의 반경이 증가하여 피펫 반경까지 도달하는 것을 보여준다. 여기서 우리는 와이어의 반경이 피펫반경까지 도달할 때의 최소 시간 간격을 “중합점”이라 정의하였다. 이 “중합점”은 초기에 생성되는 메니스커스의 부피에 따라 결정된다. 도2d는 마이크로 피펫의 반경이 감소할수록 중합점이 감소하는 것을 보여준다. 이는 공기 중 산소의 단량체 수용액 메니스커스로의 확산된 농도에 의해 결정됨을 확산 제2법칙을 통해 알 수 있다 (점선). 본 결과는 마이크로 피펫의 이격에 의한 메니스커스 단면적의 감소가 점성을 증가시키고 이로 인해 정상상태 직경의 폴리피롤 와이어를 생성시킨다는 결론을 얻었다.
수용액 메니스커스의 단면적, 산소의 확산시간, 그리고 점성 간의 관계가 일정한 직경의 폴리피롤 와이어를 결정한다. 이는 마이크로 피펫의 이격속도의 조절로 원하는 직경의 폴리피롤 와이어 제작이 가능케 한다. 도 3a는 마이크로 피펫의 이격속도가 2.5에서 25 μm/s로 증가함에 따라 폴리피롤 와이어 반경이 5에서 1.75μm로 감소하는 것을 보여준다. 더 나아가 도 3b에서 2100μm/s로 이격속도를 증가하여 110nm 반경의 와이어가 제작되었다.
도 4는 마이크로 피펫의 전방향 이격을 통해 제작된 정렬 방향과, 위치가 정확히 조절된 폴리피롤 마이크로, 나노와이어를 보여준다. 도 4a는 고 종횡비 (60:1) 폴리피롤 와이어 어레이이다. 도 4b는 폴리피롤 나노 브릿지이다(이격 속도: 500μm/sec, 반경 450nm). 이와 같은 구조는 3차원 전자 회로의 기판 간 3차원 도선 연결에 필수적인 형태이다. 도 4c는 두 개의 나노와이어가 교차하여 만들어진 접합 (Junction) 구조물이다(이격 속도: 1200μm/sec, 반경 200nm). 마지막으로 도 4d는 3차원 아치 형태의 와이어 구조물이다(반경 2.5μm).
도 5는 도핑을 통해 나노와이어의 전기전도도를 개별적으로 조절할 수 있음을 보여준다. 이는 다기능성 회로에 필수적인 형태이다. 이를 위해 절연체의 유리판 위에 금 (Au)을 제작하고 전극 간을 폴리피롤 나노 와이어로 연결하였다. 도 5a는 500nm 반경을 갖는 폴리피롤 나노 와이어의 2-naphtalenesulfonic acid를 0 M - 0.15M까지 첨가한 전류-전압 측정 결과의 그래프이고 삽입된 이미지는 두 금 전극 사이를 연결하고 있는 폴리피롤 나노와이어를 보여주는 전계 방출 주사 전자 현미경 이미지이다. 이 결과는 개별적 나노와이어의 전기전도도가 10-2에서 10-1S/cm 사이에서 조절됨을 보여주고 있다(도 5b).
상기 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법에 의해 제조된 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(30)는 제조와 동시에 정렬이 가능하여 제조후 정렬을 위한 별도의 추가 공정이 불필요하다.
도 6은 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 제1지점(X)에서 제2지점(Y)으로의 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어(40)(바람직하게는 마이크로와이어 또는 나노와이어) 배선을 제작하는 기술의 공정도이다.
먼저, 마이크로미터 단위의 구경을 갖는 마이크로 피펫(10)에 전도성 고분자의 단량체(monomer)가 포함된 전도성 고분자 단량체 수용액(3)을 채우고, 이러한 피펫(10)의 하단부(11)를 기판(20)의 표면(21)의 제1지점 부근(X)에 위치시킨다(도 6(a) 참조).
그 다음, 이 마이크로 피펫(10)의 하단부(11)를 기판(20)의 표면(21)의 제1지점(X)과 접촉시킨다(도 6(b) 참조).
그 다음, 기판(20)의 표면(21)의 제1지점(X)으로부터 마이크로 피펫(10)을 소정거리(d) 이격시켜 기판(20)의 표면(21)의 제1지점(X)과 마이크로 피펫(10)의 하단부(11) 사이에 전도성 고분자 단량체 수용액(3)의 메니스커스(M)를 형성시킨다(도 6(c) 참조).
그 다음 메니스커스(M)가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 고 종횡비의 전도성 고분자 극미세 와이어(30)로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫(10)을 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 성장 방향으로 이동시킨다(도 6(d) 참조). 여기서, 일정한 속도로 피펫(10)을 이격시키면 메니스커스(M)의 단면적이 감소함과 동시에 산화제 역할을 하는 공기 중의 산소와 만나 중합되고 동시에 용매가 증발되어 전도성 고분자 극미세 와이어(30)가 형성된다. 이 때 형성된 전도성 고분자 극미세 와이어(30)의 직경은 위의 메니스커스(M) 단면적 감소로 인해 피펫(10)의 직경보다 작게 된다.
마지막으로, 피펫(10)의 하단부(11)를 상기 기판(20)의 제2지점(Y)에 접촉시켜 제1지점(X)에서 제2지점(Y)으로의 전도성 고분자 극미세 와이어의 배선(40)을 제작한다(도 6(e)-6(f) 참조). 앞서 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법과 관련하여 설명된 내용들은 성질상 본 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조공정에도 물론 적용될 수 있다.
상기 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법에 의해 제조되는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선(40)은 제조와 배선이 동시에 이루어질 수 있다.
※ 용어의 정의
1. 전도성 고분자(conducting polymer) : 고분자 본래 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기를 통하는 플라스틱을 말한다. 이의 종류로는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐라인(polyaniline), PEDOT 등이 있다.
2. 극미세 와이어(ultrafine wire): 단면의 직경이 약 1000㎛ 이하인 와이어를 말한다.
3. 마이크로와이어(microwire) : 단면의 지름이 약 1㎛ 내지 1000㎛ 사이의 극미세 와이어를 말한다.
4. 나노와이어(nanowire) : 단면의 지름이 약 1㎚ 내지 1000㎚ 사이인 극미세 와이어를 말한다.
특정한 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라 오직 첨부 청구항들에 의해 제한된다. 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위 및 사상을 이탈함이 없이 실시예들을 변경하거나 수정할 수 있다고 인식되야 한다.

Claims (20)

  1. 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 고종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법으로서,
    (a) 전도성 고분자의 단량체 수용액을 채운 마이크로 피펫의 하단부를 기판의 표면중 전도성 고분자 극미세 와이어의 정렬 위치 부근에 위치시키는 단계;
    (b) 상기 마이크로 피펫의 하단부를 상기 기판의 표면중 상기 전도성 고분자의 정렬 위치에 접촉시키는 단계;
    (c) 상기 기판의 표면으로부터 상기 피펫을 소정거리 이격시켜 상기 기판의 표면과 상기 피펫 하단부 사이에 상기 수용액의 메니스커스를 형성 시키는 단계; 및
    (d) 상기 메니스커스가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 고 종횡비의 전도성 고분자 극미세 와이어로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫을 전도성 고분자 극미세 와이어의 성장 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (a)의 상기 전도성 고분자 단량체의 수용액은 피롤 단량체와 H2SO4의 혼합 용액인 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 혼합 용액은 피롤 단량체 50g/L 및 H2SO4 25g/L를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자의 와이어의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)의 상기 소정의 거리는 1μm 내지 10μm 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (d)에서의 마이크로 피펫의 이동속도는 1μm/sec 내지 3000μm/sec 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로피펫의 이동속도가 빨라질수록 상기 극미세 와이어의 직경이 감소되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 극미세 와이어는 마이크로와이어 또는 나노와이어인 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (a), (b), (c) 및 (e) 단계에서, 상기 마이크로피펫은 스테핑 모터에 의해 마이크론 단위로 각각 조절되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액에 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA)가 첨가되어 전기전도성이 조절되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조와 정렬이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어.
  11. 마이크로 피펫 국부 화학 중합법을 이용한 제1지점에서 제2지점으로의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법으로서,
    (a) 전도성 고분자의 단량체 (monomer) 수용액을 채운 마이크로 피펫의 하단부를 기판의 표면의 제1지점 부근에 정렬시키는 단계;;
    (b) 상기 마이크로 피펫의 하단부를 상기 기판의 표면의 제1지점과 접촉시키는 단계;
    (c) 상기 기판의 표면의 제1지점으로부터 상기 피펫을 소정거리 이격시켜 상기 기판의 표면의 제1지점과 상기 피펫 하단부 사이에 상기 수용액의 메니스커스를 형성시키는 단계;
    (d) 상기 메니스커스가 공기 중의 산소와 반응하여 중합 작용이 일어나 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이 거리에 해당하는 길이의 전도성 고분자 극미세 와이어로 성장하도록 일정한 속도로 상기 피펫을 전도성 고분자 극미세 와이어의 성장 방향으로 이동시키는 단계; 및
    (e) 상기 피펫의 하단부를 상기 기판의 제2지점에 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단계 (a)의 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액은 피롤 단량체와 H2SO4의 혼합 용액인 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 혼합 용액은 피롤 단량체 50g/L 및 H2SO4 25g/L를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자의 와이어 배선의 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 단계 (c)의 상기 소정의 거리는 1μm 내지 10μm 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 단계 (d)에서의 마이크로 피펫의 이동속도는 1μm/sec 내지 3000μm/sec 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 마이크로피펫의 이동속도가 빨라질수록 상기 전도성 고분자 극미세 와이어의 직경이 감소되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 극미세 와이어는 마이크로와이어 또는 나노와이어인 것을 특징으로 하는 고 종횡비의 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조방법.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)에서 상기 마이크로피펫은 스테핑 모터에 의해 마이크론 단위로 각각 위치 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조방법.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 전도성 고분자의 단량체 수용액에 2-Naphtalenesulfonic acid (2-NSA)가 첨가되어 전기전도성이 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선의 제조방법.
  20. 제 11항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조와 배선이 동시에 이루어지는 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어 배선.
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