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고분자 브러쉬 기반의 유무기 하이브리드 나노소재
Organic-Inorganic Hybrid Nano-Materials Based on Polymer Brushes 원문보기

고분자 과학과 기술 = Polymer science and technology, v.26 no.3, 2015년, pp.210 - 214  

최지훈 (Department of Materials Science and Engineering, Chungnam National University)

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문제 정의

  • 17 나노입자와 고분자 매질의 굴절율 차이로 인한 빛의 산란은 고분자 복합소재를 불투명하게 만드는 원인 중 하나인데, 고분자 브러쉬를 이용하여 나노입자의 뭉침 현상으로부터 발생하는 불투명도를 감소시킬 수 있다. 또한 나노입자와 고분자 브러쉬의 부피비를 조절하여 유무기 나노입자의 굴절율을 매질 고분자의 굴절율과 비슷하게 매칭시켜 빛의 산란 현상을 줄이려는 연구도 함께 진행되었다. 18
  • 본 특집에서는 고분자 브러쉬를 기반으로 하는 유무기 융합 자기조립 소재에서 고분자 브러쉬의 구조에 따라 복합소재의 특성이 어떻게 변하는지에 대하여 이론 및 실험결과를 중심으로 기술하고자 한다. 또한 효과적인 특성제어를 통한 유무기 융합나노소재의 응용과 최근 연구 개발 동향에 대해 소개하고자 한다.
  • 본 특집에서는 고분자 브러쉬를 기반으로 하는 유무기 융합 자기조립 소재에서 고분자 브러쉬의 구조에 따라 복합소재의 특성이 어떻게 변하는지에 대하여 이론 및 실험결과를 중심으로 기술하고자 한다. 또한 효과적인 특성제어를 통한 유무기 융합나노소재의 응용과 최근 연구 개발 동향에 대해 소개하고자 한다.
  • 특히 고분자 브러쉬의 표면밀도와 분자량을 조절하여 입체적인 구조를 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 나노입자 간 상호작용하는 힘이 강체구의 특성에서 고분자 사슬에 의해 나타나는 특성으로 조절될 수 있다. 본 특집에서는 고분자 브러쉬에 대한 기초적인 이론과 이를 활용한 유무기 나노입자의 응용에 대한 연구 결과를 소개하였다. 고분자 브러쉬는 다양한 종류의 나노입자에 활용이 가능하며 이를 이용한 고분자 복합소재에 대한 연구는 다양한 분야에서의 응용이 될 수 있을 것으로 기대된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유무기 나노입자의 특징은? 열역학적으로 안정할 뿐만 아니라 나노입자 분포의 형태를 조절하기 위한 하나의 방법으로 나노입자의 표면에 고분자 사슬을 그래프팅(grafting)하여 만들어진 유무기 나노입자를 들 수 있다. 이는 고분자와 나노입자의 혼합을 통한 기존의 고분자 복합소재와는 다른 형태를 보여주는데, 특히 고분자 물질과 나노입자와의 화학적 결합을 통해 열역학적으로 안정한 유무기 융합 나노입자 그 자체로서 하나의 고분자 복합소재로 작용을 한다. 이러한 나노입자는 자기조립을 통해 이차원 또는 삼차원의 집합체(assembly)를 형성하며, 고분자 브러쉬의 구조에 따라 고분자와 같은 기계적인 특성을 보여줄 뿐만 아니라 균일한 나노입자의 배열 구조를 나타내어 고분자 복합소재로서의 폭넓은 활용이 기대된다.
고분자 브러쉬란 무엇인가? 고분자 브러쉬는 사슬의 한쪽 끝이 화학적 또는 물리적으로 표면이나 계면에 결합되어 있는 고분자 사슬의 집합체를 말하는데, 이들의 입체적 형태(conformation)는 주로 표면에서의 밀도(grafting density)와 분자량에 의해 결정이 된다. 고분자 브러쉬의 구조는 Alexander와 de Gennes에 의해 최초로 언급이 되었으며, 이들은 Flory-type free energy balance를 통해 평평한 기판 위에 형성된 평형 상태의 고분자 브러쉬 두께와 자유에너지를 구하였다.
고분자 브러쉬 간의 엉킴은 어떤 경우에 나타나는가? 특히 고분자의 분자량이 증가함에 따라 고분자 브러쉬 간의 엉킴(entanglement)이 일어나게 된다. 사슬 간 엉킴이 일어나기 위해서는 분자량이 엉킴 분자량(entanglement molecular weight, Me) 보다 커야만 하며, 나노입자의 표면에 형성된 고분자 브러쉬의 경우에는 SDPB에 해당하는 부분의 분자량이 Me 보다 클 때 엉킴 현상이 나타나는 것으로 보고되고 있다.12,13 CPB에 해당하는 부분에서는 높은 밀도로 인하여 브러쉬가 늘어난 형태를 나타내기 때문에 엉킴 현상이 일어나기 어렵지만, SDPB에 해당하는 부분에서는 표면밀도의 감소로 인해 엉킴을 유발하는 랜덤 코일(random coil)의 입체적 형태를 나타내기 때문이다.
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