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최근 기계적 변형에 대한 색 변화 감지(mechanochromism)를 위한 발광성 물질을 활용한 연구가 많이 보고되고 있다. 이러한 발광성 염료 물질을 활용한 연구의 경우 고분자 매트리스에 염료를 물리적으로 분산시키거나 화학적으로 고분자 사슬에 결합하는 방식을 이용한다. 이 두 가지 방법 중 물리적 분산 방식의 경우가 산업 규모에서 이러한 물질을 활용하게 될 경우 훨씬 경쟁력이 있기 때문에 많은 연구가 요구되고 있다. 물리적 분산 방식으로 진행한 연구의 경우 플라스틱 매트리스를 이용한 경우 회복이 불가능하고 인장 시 열을 가해줘야 하는 단점이 있다. ...

최근 기계적 변형에 대한 색 변화 감지(mechanochromism)를 위한 발광성 물질을 활용한 연구가 많이 보고되고 있다. 이러한 발광성 염료 물질을 활용한 연구의 경우 고분자 매트리스에 염료를 물리적으로 분산시키거나 화학적으로 고분자 사슬에 결합하는 방식을 이용한다. 이 두 가지 방법 중 물리적 분산 방식의 경우가 산업 규모에서 이러한 물질을 활용하게 될 경우 훨씬 경쟁력이 있기 때문에 많은 연구가 요구되고 있다. 물리적 분산 방식으로 진행한 연구의 경우 플라스틱 매트리스를 이용한 경우 회복이 불가능하고 인장 시 열을 가해줘야 하는 단점이 있다. 열가소성 폴리우레탄과 같은 탄성체를 활용한 연구의 경우도 완전히 발광특성이 회복되지 않는 단점을 가지고 있다.
본 연구에서는 기계적 변형에 대해 발광거동이 달라지는 염료 함유 고무 탄성체에 대한 연구를 진행하였다. 시편은 염료 물질을 고무 매트리스에 물리적으로 분산시키는 방식인 용액 혼합 방식을 통해 제조되었다. 고무 매트리스의 경우 천연고무가 변형 유도 결정화(strain-induced crystallization) 특성과 고무 탄성체의 경우 뛰어난 탄성 때문에 이용되었고 염료 물질의 경우 발광 특성과 천연고무와의 친화력을 고려하여 Perylene diimide I가 사용되었다. 엑스선 회절기와 전계 방출형 주사 전자 현미경을 이용하여 인장변형에 따른 염료 덩어리의 깨짐을 확인하였다. 그 결과 인장 변형에 의해 고무 시편 속의 염료 덩어리가 깨지게 됨을 알 수 있었다. 자외/가시선 분광광도계와 형광광도계를 이용하여 인장 변형에 의한 염료 덩어리의 깨지면서 흡수와 발산 특성과 같은 광학적 반응의 변화가 생김을 확인하였다. 또한 발광특성이 열적인 처리 없이 고무 탄성에 의해 원래 수준으로 회복되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Various examples are reported of chromogenic materials composed of a functional dye covalently linked to the polymer chains or physically dispersed in the continuous macromolecular matrix, the latter appears to be a more sustainable route for the industrial scale-up of these materials. In physically...

Various examples are reported of chromogenic materials composed of a functional dye covalently linked to the polymer chains or physically dispersed in the continuous macromolecular matrix, the latter appears to be a more sustainable route for the industrial scale-up of these materials. In physically dispersing method, plastic matrices such as polypropylene(PP), polyethylene(PE) are usually used. In this case, thermal condition is required to stretch the film. Even in case of thermoplastic elastomer(TPE) like thermoplastic polyurethane(TPU), its mechanochromic behavior is not fully recovered after releasing the film.
In this study, a mechanochromic elastomer was prepared by physically dispersing dye materials into a rubber matrix by solution mixing technique. The employed rubber is natural rubber (NR). The NR was chosen because of its ability of strain-induced crystallization and rubber elasticity. Perylene diimide I is selected after considering its aggregachromic nature and affinity with rubber matrix. The optimum composition of dye in rubber composites was determined based on the mechanochromic performance characterized with Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectrometer, X-ray diffraction (XRD) and spectrofluorometer (FL). The XRD monitors the change in size of dye aggregates. The XRD results indicate that dye aggregates were broken during stretching because the shear force is applied to dye aggregates. The breakage of dye aggregates is also confirmed on FE-SEM images. The UV-vis spectrometer and FL monitor the optical responses, such as absorbance and emission property, under tensile deformation which induces the breakage of dye aggregates. The recovery of luminescent intensity is also investigated after releasing the film.

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