A simple and very flexible automatic dipping machine was constructed for producing functional multilayer films on wide substrates via the layer-by-layer (LbL) assembly technique. The proposed machine exhibits several features that allow a fully automated coating operation, such as various depositing recipes, control of the dipping depth and time, operating speed, and rinsing flow, air-assist drying nozzles, and an operation display. The machine uniformly dips a substrate into aqueous mixtures containing complementary (e.g., oppositely charged, capable of hydrogen bonding, or capable of covalent bonding) species. Between the dipping of each species, the sample is spray cleaned with deionized water and blow-dried with air. The dipping, rinsing, and drying areas and times are adjustable by a computer program. Graphene-based thin films up to ten-bilayers were prepared and characterized. This film exhibits the highly filled multilayer structures and low thermal resistance, indicating that the robotic dipping system is simple to produce functional thin film coatings with a variety of different layers.

본 연구에서는 습식 코팅 방식 중 하나인 다층박막적층법의 자동화 시스템을 제작하였다. 특히, 본 연구에서 제안한 자동화 시스템은 다층박막적층법의 공정 변수(예를 들어, 증착 재료, 코팅 깊이, 코팅 및 헹굼 시간)를 제어함으로써 손으로 작업하는 것과 동일한 변수 조작이 가능하게 설계되었다. 자동화 시스템을 통해 기판을 완벽하게 용액 안으로 침액시킬 수 있으며, 이를 통해 특별한 분자간 결합(예를 들어, 정전기적 인력, 공유 및 수소 결합)을 통해 기판 위에 균일한 다층의 박막 형성이 가능하다. 두 종류 이상의 용액으로 기판이 침액될 때, 이 기판은 다른 용액으로 이동되기 전에 청소 구역에서 헹굼과 건조 과정을 거친다. 이러한 담금, 헹굼, 건조 과정은 모두 컴퓨터 프로그램에 의해 제어 가능하다. 본 연구에서는 자동화 시스템을 통해 그래핀을 기반으로 하는 다층박막 샘플을 제작하였고, 균일한 그래핀의 적층 여부를 분석하기 위해 제작된 샘플의 흡광도와 두께를 측정하였다. 기판 위에 그래핀과 고분자 층의 적층이 진행될수록 흡광도와 두께가 균일하게 증가하는 결과를 통해, 본 연구에서 제작한 자동화 시스템이 수작업을 통한 다층박막의 적층을 완벽하게 대체 가능함을 알 수 있었다.

Keywords: 다층박막적층법(Layer-by-layer assembly), 자동화시스템(Automatic system), 그래핀(Graphene), 박막(Thin films)