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학위논문 동서

高機能性 水晶振動素子의 開發과 應用

김종민

부산 : 동아대학교 1999

xiv,167장 : 삽도 ; 1999

학위논문(박사) 동아대학교 대학원 : 화학공학과, 1999

영문초록 : The advantages of conceptual simplicity, relative ease of modification, chemical inertness of the substrates, ruggedness, low cost, and ready availability of piezoelectric quartz crystal have encouraged the development of various sensor applications. Besides the ordinary sensor applications, the analytical application of quartz crystal in the fields of polymer and/or organic thin film rheology, electrochemical measurements, opto-electrochemical measurements and physical property imaging has been studied in this thesis. New carbon quartz crystal has also been developed for the use of sensors or analytical applications. For the technological and/or scientific viewpoint, the new application with new experimental system and new material are more required than some data of certain phenomena because the former can be progressed in various fields. In this respect, the contents of this thesis were faced on the new methodology and device than plentiful data profiles. The results obtained in this thesis can be summarized as followings: 1) The usability of QCR in the detection of phase transition temperature and microrheological property changes of thin polymer films was studied. For the clearer detection of phase transition temperature, the author recommends the use of viscous factor, dR/dF, which gives plentiful information of rheological property change in the complex films. 2) The in-situ opto/viscoelastic behavior of Ppy film was investigated under various electrochemical conditions using QCA/UV advanced design, On the electrochemistry side, one of the most exciting fields seems to be understanding the structures of the solid/electrolyte interface and the reaction process that occurred there at a possible small scale. In this respect, QCA/UV system is believed as a good experimental method to study electrochemical interface/surface mechanism because this can provide four experimental variables such as charge, frequency, resistance and absorbance. By combination of these four factors, we can ideally get 16 relations between the experimental variables. 3) A quartz crystal resonator and an atomic force microscopy were applied for the imaging of local viscoelasticity and surface morphology as well. As an example, a polystyrene bead-coated quartz crystal was used as a signal quartz crystal, and a bare Au quartz crystal was used as a reference. The image resolution of differential resonant frequency observed under 80 nm for the polystyrene bead-coated quartz crystal. 4) The author and co-workers developed and presented the sensitivity, reproducibility, stability and resonant properties of CGQC as a gas-detecting sensor. The results suggest that the best temperature of heat treatment and the best film thickness of carbon graphite are existent for getting best response of resonant frequency. For the real use of CGQC as a sensor, the enhancement of selectivity is necessary. We expect that the CGQC widen the use of quartz crystal in the analytical sciences and sensor researches because various applications of CGQCs have possibility in the fields of environmental monitoring sensor, water pollutant sensor, bio-sensor and possible to apply in the research of intermolecular interaction by using immobilization method. / 한글초록 : 공진주파수와 공진저항이라는 개념정립의 명확성, 수정자체의 화학적 불활성과 표면의 수식용이성, 저비용 그리고 쉽게 응용할 수 있다는 점에서 수정동자를 응용한 각종 센서가 개발되었다. 과학적, 기술적 측면에서 새로운 실험장치의 구성과 재료를 바탕으로 한 시도가 더욱 다양한 응용가능성을 발견할 수 있기 때문에 어떤 특이한 현상의 몇몇 데이터보다 더욱 중요한 의미를 가진다. 본 연구에서는 단순한 질량측정용 센서의 응용뿐 아니라 고분자와 유기박막 유변학, 전기화학측정, 분광전기화학측정 및 물질적 특성의 형상화 등에 대하여 분석하였고, 또한 탄소 수정진동자를 개발하여 센서 혹은 분석소자로서의 응용가능성에 대하여도 연구하였다. 즉, 많은 데이터 프로파일 보다는 새로운 응용 방법과 소자개발에 중점을 두고 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 수정진동자에 수식된 고분자 박막의 상전이 온도와 미세 유면학적 분석에 점탄성 팩터라고 정의한 dR/dF를 사용함으로서 명확한 분석을 할 수 있다. 2. 다양한 전위주사 조건하에서 QCA-UV/Vis를 사용하여 폴리피롤 박막의 분광 분석을 동시에 하여, 전극/계면의 유변학적 특성과 전극반응의 메커니즘에 대한 다양한 정보를 얻었다. 즉, 일반적인 전기화학적 분석에서는 전하량이 전극반응 메커니즘 추정의 유일한 정보이지만, 본 분석계에서는 전하량 뿐만 아니라 질량, 점탄성, 광학적 특성의 변화를 분석하여 8가지의 상관관계에 관하여 해석하였다. 3. 수정진동자와 원자간력 현미경을 이용한 국부적인 수정진동자의 주파수 변화를 형상화하여 수정진동자/원자간력 현미경을 개발하였다. 본 시스템을 이용하여 형상화한 폴리 스타이렌 비드의 해상도는 약 80 ㎚로 양호한 해상도를 얻었다. 4. 탄소 수정진동자를 개발하여 감응성과 응답 재현성, 안정성 그리고 공진 특성 등을 관찰한 결과 우수한 센서소자로 다 방면에 사용 가능함을 알 수 있었다.

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