종이 접기 기술의 발전 (Kirigami)

이 논문에서는 첨단 3D 미세 가공/나노 가공을 위한 새로운 플랫폼을 보여주며 마이크로/나노 규모의 종이접기/종이접기의 최신 진행 상황을 알려줍니다.

 

Kirigami / Origami ?

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- Advanced kirigami/origami는 기존 재료의 기계적, 전기적, 자기적 및 광학적 특성을 뛰어난 유연성, 다양성, 기능성, 일반성 및 재구성 가능성으로 변조하는 기능을 가집니다. 모세관 힘, 잔류 응력, 기계적 응력, 집속 이온빔 조사 그리고 유도 응력을 이용한 다양한 종이접기/종이접기 자극은 마이크로 / 나노스케일 영역에 적용됩니다. 이러한 자극은 미세구조/나노 구조의 접힘, 굽힘 및 비틀림을 통해 직접적인 2D에서 3D로의 변환을 가능하게 합니다. 점유된 공간 부피는 2D 전구체에 비해 몇 배 정도 다양할 수 있습니다. 생물학, 광학 및 재구성 가능한 응용 프로그램의 가능성 뿐만 아니라 2-3D 재료를 재구성하기 위한 마이크로 / 나노 스케일 kirigami/origami 연구 발전도 논의합니다.

 

- 실제로 3D 미세 가공/나노 가공은 매우 중요하여 많은 연구 분야의 방향에 극적인 영향을 미쳤습니다. 예를 들어, 광자 분야에서 3D 광자 결정 및 광학 주파수에서 3D 메타물질에 대한 연구를 위한 모멘텀은 주로 전통적인 3D 나노 제조의 문제로 인해 지난 수십 년 동안 크게 약화되었습니다. 새로운 2D 평면 메타표면이 제조 어려움을 피했지만, 장치 수준으로의 발전(예: 마이크로 전자기계 시스템 및 공간 광 변조기와 통합된 메타표면)으로 도약하기 위해 다시 한번 3차원의 기능 확장에 대해 대두되었습니다.

 

Kirigami : 접기, 구부리기 및 비틀기의 개략도

 

 

응용 분야

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- 수많은 첨단 연구에서 3D 구성의 필요성과 중요성을 강조했지만 기존의 on-chip 3D 미세 가공/나노 가공 기술은 주로 레이어와 같은 몇 가지 하향식(감산 제조) 및 상향식(적층 제조) 전략에 의존합니다. 레이어별 리소그래피/스태킹, 3D 이들의 조합. 매우 성숙하고 매우 정확하며 널리 호환되지만 이러한 기술은 이제 근본적인 법률 한계의 병목 현상에 접근하고 있습니다. 예를 들어, 정교한 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 기술에서 기능성 트랜지스터의 소형화는 물리적 한계에 가까워지고 있습니다. 원자와 격자. 더욱이, 이러한 모든 3D 기술은 "선형" 규칙을 따릅니다. 즉, 제작 볼륨은 제작 시간에 따라 선형적으로 증가합니다. 이것은 제작된 기하학적 구조와 제작 효율성 모두에 근본적인 제약을 가하고, 이는 차례로 새로운 나노 제조 플랫폼의 발전을 제한합니다.

 

- 앞서 언급한 고려 사항과 함께 여러 과학자들은 최근 다양한 3D 모양을 만들기 위해 평평한 물체를 자르고 접는 과학을 사용하는 kirigami 및 origami와 같은 매우 다른 3D 제작 전략을 연구했습니다. 격리된 개체의 기존 조립과 비교할 때 이러한 새로운 방법론은 연속적이고 직접적인 2D에서 3D로의 변환을 가능하게 합니다. 점유 공간이 기존의 3D 제작 기술과 대조적으로 몇 배 정도 "비선형적으로" 변할 수 있는 접기, 굽힘 및 비틀기를 통해. 더 중요한 것은 이 새로운 개념의 종이접기/종이접기 기술은 기존의 감산 및 적층 가공의 상상할 수 있는 설계를 넘어 전례 없는 3D 형상을 생성하는 데 있어 추가적인 자유도를 제공한다는 것입니다. 

 

2D 및 3D 바람개비 어레이의  SEM 이미지

 

- 따라서, 종이접기/종이접기 및 관련 기술은 우주 산업, 나노 전자기계 시스템, 에너지 저장 시스템, 생체의학 장치, 기계 및 광자 재료와 같은 응용 분야에 적용했습니다. 특히, 예를 들어 그래핀 및 카이로 옵티컬 복합체에 대한 nano-kirigami/origami의 최근 발전은 나노 영역에서 기계적, 전자적, 자기적 및 광학적 응용을 위한 유망한 새로운 길을 열어주었습니다.

 

 

<출 처>

 

논문 제목: Kirigami/origami: unfolding the new regime of advanced 3D microfabrication/nanofabrication with “folding”

 

Light: Science & Applications volume 9, Article number: 75 (2020) 

 

저 자 : Shanshan Chen, Jianfeng Chen, Xiangdong Zhang, Zhi-Yuan Li & Jiafang Li