생성된 황 폐기물을 기반으로 한 고감도 적외선 편광판

Jul 30, 2023

2022년 12월 27일

한양대학교

편광 이미지는 횡전기장(TE)을 선택적으로 반사하고 편광되지 않은 입사광의 횡자기장(TM)을 투과시키는 편광판을 사용하여 음영 및 표면 형태와 같은 정보를 제공할 수 있습니다. 그러나 현재 IR 편광판은 주로 시간과 비용이 많이 드는 간섭 리소그래피로 제작되는 나노 격자가 있는 값비싸고 부서지기 쉬운 세라믹(예: 반도체 및 칼코게나이드)을 기반으로 합니다.

최근 "역가황(inverse-vulcanization)"에 의해 합성된 황이 풍부한 폴리머는 IR 영역에서 본질적으로 높은 투과율로 인해 IR 광학에 적합한 후보로 많은 주목을 받고 있습니다. 황이 풍부한 폴리머는 주로 원소 황 기반 백본으로 구성됩니다. 특히 석유 정제 공정에서 잉여물로 매년 700만 톤의 유황이 생성됩니다. 따라서 이러한 황이 풍부한 고분자는 높은 경제성으로 대량생산이 가능하다.

기존 IR 재료와 달리 황이 풍부한 폴리머는 유기 용매에 용해될 수 있으며 이는 스핀 코팅으로 대표되는 용액 기반 공정을 적용할 수 있음을 의미합니다. 또한, 점탄성과 동적 공유 이황화 결합을 통해 황이 풍부한 폴리머가 열적 나노임프린팅 리소그래피(열적 NIL)로 대표되는 열 기반 처리를 통해 다양한 나노구조로 성형될 수 있습니다.

황이 풍부한 고분자 기반 편광판의 구조로 이중층 구조가 가능하며 다음과 같은 3 단계를 통해 얻을 수 있습니다. (1) 황이 풍부한 폴리머 용액을 스핀 코팅, (2) 스핀 코팅된 황이 풍부한 폴리머 기반 필름에 열 NIL, (3) 나노 격자에 금속 증착. 황이 풍부한 폴리머 기반 편광판은 자체 정렬된 이중층 금속 격자(상부 및 하부 Au 층)와 스페이서 층(광학 공동으로 적용됨)으로 구성됩니다.

고감도 편광판의 경우 광대역 IR 영역에 대해 높은 TM 전송 및 소광비(ER, TM 전송 대 TE 전송 비율)가 모두 필요합니다. 열적 NIL 중에는 높은 표면적 대 부피 비율로 인해 발생하는 높은 표면 장력으로 인해 점탄성 황이 풍부한 폴리머를 사용하여 나노 규모 마스터 몰드의 고품질 나노 격자를 복제하는 것이 어렵습니다. 마스터 몰드.

품질이 낮은 열적 NIL은 둥글고 물결 모양의 격자를 갖는 낮은 충실도의 나노 격자를 발생시켜 금속 증착 후 상부 및 하부 금속층의 연결을 유도하고 편광판 감도를 저하시킵니다. 또한, 광학 공동으로 적용되는 스페이서 두께를 조정하지 않으면 최대 TM 투과 조건을 나타내는 Febry-Pérot 공명을 만족시켜 편광판 감도를 극대화하기가 어렵습니다. 입사광이 이중층 구조의 편광판을 통과하면 광학 공동 역할을 하는 스페이서 층에서 다중 반사가 발생합니다. Febry-Pérot 공진은 반사광이 동위상이고 보강 간섭을 일으키는 조건입니다.

위정재(JJ) 한양대학교 유기나노공학부 부교수가 이끄는 연구진이 마침내 고감도 황이 풍부한 고분자 기반 편광판을 개발했습니다. 이를 위해 연구팀은 설계된 나노 격자를 고품질로 복제하기 위해 열적 NIL 조건을 미세 조정하고 모든 MWIR 영역에서 TM 투과를 최대화하기 위해 스페이서 두께를 조사했습니다.

연구팀은 광학 성능과 제조 난이도를 고려한 수치 시뮬레이션을 통해 설계된 400 nm 피치의 황이 풍부한 폴리머 기반 IR 편광판을 성공적으로 시연했습니다. Stefan의 스퀴즈 흐름 방정식과 열로 설명되는 시간과 압력 사이의 관계를 고려하여 온도, 압력 및 시간을 포함한 열 NIL 조건을 체계적으로 조사하여 1 x 1 cm2 면적에 걸쳐 충실도가 높은 1D 나노 격자를 얻었습니다. 유리 전이 및 열 분해와 같은 황이 풍부한 폴리머의 거동.