[논문]고분자 Langmuir 박막의 표면형상

정치섭

doi:10.4313/jkem.2005.18.1.081

고분자 Langmuir 박막의 표면형상
The Surface Morphology of Polymer Langmuir Film 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.1, 2005년, pp.81 - 88

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The Langmuir monolayers of polyamic acid salts with three kinds of alkyl chains have been investigated by means of conventional $\pi$-A isotherms and second harmonic generation measurements proposed in this paper. The surface molecular density dependence of second harmonic intensity clearly shows the region of aggregation while corresponding $\pi$-A isotherm doesn't show any changes in the surface morphology at the same region. The surface morphology analysis based on the second harmonic measurement was consistent with the Brewster angle microscope measurement results.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

우리는 JI-A 측정에서의 문제점을 해결하기 위 해, 표면에 민감한 광학적 probe인 SHG 측정을 통해 박막의 상을 분석하고자 하였다.
우리는 이 연구에서 동일한 NLO분자를 가지고 있으나 알킬기 개수만 다른 세 고분자 L 박막시료 에 대해 it-A 측정고}, 이 논문에서 제시하는 SH 측정을 이용하여 박막의 상을 정의하고 구조적 특성을 비교 분석함으로서 제시하는 방법의 효용성 을 증명하고자 한다.
우리는 이 연구에서 비선형 광학적 방법을 써서 박막의 표면의 상을 정의할 수 있는 새로운 방법을 제시 하고자 한다.
SH세기는 표면분자밀도 제곱에 비례하므로. 우리는 표면분자밀도에 따른 SH세기를 분석함으 로서 2차원 박막의 구조적 특성을 알 수 있을 것으로 판단하였다.

제안 방법

NLO 염료가 side chain 으로 붙는 polyamic acid 에 alkyl chain 이 각각1, 2, 3개가 붙는 세 시 료로 Langmuir 박막을 만들었다. 표면밀도에 따르 는 표면압, 표면압에 따른 SH의 세기, 표면압에 따른 막의 BAM 영상을 측정하고 이들의 연관관계를 분석하였다.
우리 는 Withelmy plate로 이 두 표면장력의 차이로 읽어 표면압을 측정하였다. 막을 압축과 이완을 반복해가며, 고분자의 반복단위당 차지하는 면적 (A)에 대해 Jt-A 특성을 측정하였다.
시료는 ONLO 분자인 4, 4'-Diaminotriphenyl - amino-(p-nitrophenyl) - ethylene 을 곁 사슬로 가지는 polyamic acid와 alkyl amine를 1 : 2의 부피비 로 하고 이를 L0 mmol/J의 DMAc와 benzene 혼 합용액(부피비 1 : 1인에 녹여 만들었다. 여기에서 alkyl aminee 소수성을 위해 도입되었으며 chain 수가 하나일 경우 NRl(N-octadecyldiamethyl- amine), 두 개의 경우 NR2 (NfN-octadecyFdia- methylamine), 세 개의 경우 NR3 (N, N, N-octa- decyIdiamethylamine)S.
L막의 표면압 은 순수한 물의 표면장력과 시료막이 있는 물의 표면 장력 차로 정 의된다. 우리 는 Withelmy plate로 이 두 표면장력의 차이로 읽어 표면압을 측정하였다. 막을 압축과 이완을 반복해가며, 고분자의 반복단위당 차지하는 면적 (A)에 대해 Jt-A 특성을 측정하였다.
우리는 측정된 이와 같은 결과들이 무엇에 기인 하는가를 알아보기 위해 박막의 형상변화를 BAM 측정을 통해 관측하고, 이를 SHG 결과와 비교하여 보았다.
NLO 염료가 side chain 으로 붙는 polyamic acid 에 alkyl chain 이 각각1, 2, 3개가 붙는 세 시 료로 Langmuir 박막을 만들었다. 표면밀도에 따르 는 표면압, 표면압에 따른 SH의 세기, 표면압에 따른 막의 BAM 영상을 측정하고 이들의 연관관계를 분석하였다. 우리는 SHG와 BAM 영상 결과 로부터 실제 막의 균일성 붕괴가, 지금까지 알려진 바처럼 n-A 곡선상의 붕괴점과 일치하지 않음을 알 수 있었다.

대상 데이터

조리개와 차단막을 사용하여 외부 잡광을 제거하였으며, 편 광은 P-P, 시료에 대한 입사각은 45。로 고정하였다. 고조파신호는 전치증폭기 (Stanford Research SR240)로 증폭한 후 광자계수기(SR-400)와 Boxcar averager (SR250) 로 동시에 측정하였다.
광원으로는 Nd-YAG laser (Continuum NY81- 10, 1064 nm, 펄스폭: 8 ns, 반복율: 10 Hz)를 사용하였다. 시료 앞에서는 분산프리즘과 532 nm 제거 휠터를 설치하여 기준파 만을 통과시켰고, 시료 뒤 에서는 고조파 휠터를 써서 시료에서 발생한 제 2 고조파인 532 nm의 광만 걸러 광증배관(Hama- matsu R292P)으로 들어가도록 하였다.
명명하였다. 순수(18 M2) 위에 뿌려진 시료는 용매의 증발 후 테프론 barrier에 의해 횡으로 압축되었다. L막의 표면압 은 순수한 물의 표면장력과 시료막이 있는 물의 표면 장력 차로 정 의된다.

성능/효과

균일막의 붕괴이후 NR1 이나 NR2는 극히 불규 칙적이며 감소의 경향을 보이는 SH 패턴을 보이는 반면 NR3의 경우는 안정적이면서도 일정한 값을 유지하는 패턴을 보이고 있다.
우리는 SHG와 BAM 영상 결과 로부터 실제 막의 균일성 붕괴가, 지금까지 알려진 바처럼 n-A 곡선상의 붕괴점과 일치하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 지금까지 통상적으로 행해온 LB 막의 누적 조건, 즉 막이 이전되는 표면압을 n -A곡선을 통해 결정하는 것이 오류를 초래할 수 있음을 이 실험을 통해 보였으며, Langmuir 박막 의 상을 정의하는데 있어 SHG 방법이 Ji-A측정의 미비점을 보완할 수 있는 tool로 사용될 수 있음을 보였다.
표면밀도에 따르 는 표면압, 표면압에 따른 SH의 세기, 표면압에 따른 막의 BAM 영상을 측정하고 이들의 연관관계를 분석하였다. 우리는 SHG와 BAM 영상 결과 로부터 실제 막의 균일성 붕괴가, 지금까지 알려진 바처럼 n-A 곡선상의 붕괴점과 일치하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 지금까지 통상적으로 행해온 LB 막의 누적 조건, 즉 막이 이전되는 표면압을 n -A곡선을 통해 결정하는 것이 오류를 초래할 수 있음을 이 실험을 통해 보였으며, Langmuir 박막 의 상을 정의하는데 있어 SHG 방법이 Ji-A측정의 미비점을 보완할 수 있는 tool로 사용될 수 있음을 보였다.
우리는 이상과 같은 BAM 영상관측을 통해 SH 측정법이 기존의 n-A 측정에서 불가능했던 Langmuir 박막의 상 및 그의 구조적 특성을 밝히 는데 있어 탁월한 능력을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
그러나 NR 고분자 박막의 경우, 모두에서 약간의 비가역성이 관측되었다. 이러한 비가역성은 알킬기의 개수가 가장 큰 NR3에서 제일 크게 관측되었고, 사슬 개수가 하나 인 NR1에서 제일 작게 관측되었다. 그림 3에서는 압축과 이완시 표면압곡선이 매우 근접하여 구별 하기 곤란하기 때문에 함께 그렸으나, 실제로는 이 완시 곡선은 압축시 곡선에 비해 언제나 왼쪽에서 관측되었으며, 반복 횟수의 증가에 따라 표면압곡 선들은 전반적으로 왼쪽으로 이동하여 포화 값에 접근하는 경향을 보였다.

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상세보기
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