3차원 나노 프린팅은 나노 구조물의 기하학적 특징에서 유도된 나노 스케일 고유의 특성을 활용할 수 있는 다양한 분야로부터 큰 관심을 받아왔다. 최근 보고된 이온 기반 에어로졸 리소그래피(IAAL)를 활용한 3차원 에어로졸 나노 프린팅은 높은 진공 조건이나 고가의 장비에서 직렬 공정으로 낮은 순도의 구조물이 제작되는 기존 프린팅 기술의 한계를 해결하여 나노공학 분야에서 많은 관심을 받고 있다. IAAL기반 3차원 나노 프린팅은 전기장에서 이온을 이용하여 하전된 나노 입자의 정교한 제어를 가능하게 했고, 이는 원하는 디자인의 3차원 나노 구조물을 제작할 수 있게 하였다. 그러나 나노 입자 제어에 결정적인 역할을 하는 이온의 제어가 어려웠다. 이렇게 제어할 수 없는 이온들은 프린팅 된 구조물의 균일성과 기하학적 유연성을 감소시켜 상업화에 걸림돌이 된다. 본 논문은 인가된 전위가 국소 전계 강도를 생성하고 이온 없이도 수렴된 에어로졸 제트를 유도하는 전기 마스크를 통해 발전된 3차원 에어로졸 나노 프린팅을 개발하는 것을 목표로 한다. 전기 마스크를 사용하여 3차원 에어로졸 나노 프린팅은 복셀 크기를 정밀하게 제어할 수 있었고 기하학적 유연성을 향상시키며 균일성을 향상시켰다. 게다가, 대기 조건에서의 병렬 공정, 나노 크기의 해상도, 인쇄물의 높은 순도 등 이전의 인쇄 기술의 모든 장점을 계승했다.
먼저, 프린팅 성능 향상을 위해 인쇄 시스템에 전기 마스크를 도입하였고 전기 마스크를 통하여 제어된 전기장이 인쇄 구조물에 미치는 영향을 조사하였다. 스케일링 분석을 통해, 본 논문의 프린팅 시스템에서 하전된 나노 입자가 전기장 라인을 잘 따르는 것을 확인하였다. 또한 국부 전계 강도, 마스크 홀 크기, 마스크 설계 및 기판 위치를 변경하는 전계 시뮬레이션 및 실험을 통해 크기 및 형상의 제어 가능성, 균일성 및 전기적 특성을 검증하였다. 이러한 연구를 바탕으로 멀티 사이즈 나노 필러와 복셀 크기가 변하는 헬리스 구조물을 성공적으로 제작하였다. 더 나아가 원하는 3차원 나노 구조물을 인쇄하기 위해 형상과 크기를 예측하는 현상학적 모델링을 유도하였다.
마지막으로, 대면적 전기 마스크를 통한 인쇄 효율 향상 및 비용 절감을 연구하였다. 본 논문에서는 전기 마스크 내 패턴 영역이 넓어질 때 수치 시뮬레이션을 통해 휨 응력 문제와 같은 잠재적인 문제를 검토하였다. 그런 다음, 이러한 문제점을 극복하기 위해 대면적 PUA 전기화 마스크를 제안하였고, 최종적으로 3.5 mm x 3.5 mm의 면적에 306250 나노 기둥 구조물들을 한 번에 인쇄하였다.