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공중합체/나노입자 복합체 박막 내 미세구조의 전기장 하에서의 거동
Behavior of Microdomains in Block Copolymer/Nanoparticle Nanocomposite Thin Films under Electric Field 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.28 no.3, 2017년, pp.290 - 293  

배준원 (동덕여자대학교 응용화학과)

초록
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블록공중합체와 나노입자로 이루어진 박막은 많은 관심을 불러 일으켜 왔다. 그리고, 이 혼성체들의 물성과 거동을 조절하기 위해서 다양한 방법이 접근되어 왔다. 본 연구에서는, 블록 공중합체와 나노입자로 이루어진 복합체를 박막 형태로 제조한 후, 이를 전기장에 조사하여 박막 내부 구조의 변화와 거동을 살펴보고자 한다. 본 실험에서는 폴리스티렌과 폴리(2-비닐피리딘)으로 구성된 블록공중합체를 사용하였고, 영구 쌍극자를 포함하는 CdSe 나노 입자를 그 속에 도입하였다. 이를 스핀코팅을 통해 박막 형태로 제조하였고, 전기장을 조사하여 전자현미경 방법으로 내부의 구조변화를 고찰하였다. 결과적으로 도입된 나노입자는 전기장에 의해 부여된 힘에 영향을 거의 받지 않고 블록공중합체의 내부에 존재하였으며, 공중합체의 내부 미세상은 전기장의 영향을 받아 전기장 방향으로 배향하였다. 이는 향후 이종으로 구성된 나노복합체의 전기장 하에서의 거동을 파악하는 데 도움이 될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the fundamental behavior of microdomains in block copolymer/nanoparticle composite thin films was examined. In this experiment, polystyrene-b-poly(2-vinylpyridine) block copolymer and CdSe nanoparticles having a noncentrosymmetric property were employed. Composite hybrid thin films we...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 폴리스티렌과 폴리(2-비닐피리딘)(polystyreneb-poly(2-vinylpyridine))과 카드뮴셀레나이드(CdSe) 나노입자로 이루어진 혼성체 박막이 전기장 하에서 거동하는 양상을 파악하고자 한다. 이처럼 영구쌍극자가 존재하는 나노입자를 도입하였을 때의 거동이 영구쌍극자가 없는 나노입자를 도입하였을 때 드러나는 거동과 어떻게 다른지를 비교하고자 한다.
  • 이처럼 영구쌍극자가 존재하는 나노입자를 도입하였을 때의 거동이 영구쌍극자가 없는 나노입자를 도입하였을 때 드러나는 거동과 어떻게 다른지를 비교하고자 한다. 본 실험에서는 주로, 나노입자의 블록공중합체 내부에서의 분산성, 열처리를 가하였을 때의 입자들의 위치, 전기장을 조사한 후의 입자들의 변화와 블록공중합체 미세구조(microdomain)의 변화에 대해서 관심을 가지고 고찰해 본다. 다면적인 투과전자현미경 분석법이 주로 활용되었다.
  • 본 연구에서, 블록공중합체/나노입자로 이루어진 혼성체 박막에 존재하는 미세구조가 전기장 하에서 거동하는 양상을 고찰하였다. 동일한 블록공중합체/나노입자로 이루어진 박막에 대해서 전기장의 크기와 전기장 조사시간을 변화시켜 공중합체 내부의 미세구조를 투과전자현미경으로 고찰하였다.
  • 박막에서 나노입자의 균일한 분산은 단면을 전자현미경으로 고찰함으로써 확증된다. 본 연구에서는 표면 불안정성(instability)와 내부 구조 변화를 최대한 구별하여 반영하기 위해 표면 불안정성이 발생하지 않도록 전기장의 크기 및 전기장 조사 시간을 조절하였다. 따라서, Figure 3에서는 양쪽 고분자의 유리전이온도보다 훨씬 높은 온도인 170 ℃에서 48 h 동안 열처리된 블록공중합체/나노입자 박막의 단면을 투과전자현미경으로 고찰하여 보여주고 있다.
  • 따라서, 본 연구에서는 폴리스티렌과 폴리(2-비닐피리딘)(polystyreneb-poly(2-vinylpyridine))과 카드뮴셀레나이드(CdSe) 나노입자로 이루어진 혼성체 박막이 전기장 하에서 거동하는 양상을 파악하고자 한다. 이처럼 영구쌍극자가 존재하는 나노입자를 도입하였을 때의 거동이 영구쌍극자가 없는 나노입자를 도입하였을 때 드러나는 거동과 어떻게 다른지를 비교하고자 한다. 본 실험에서는 주로, 나노입자의 블록공중합체 내부에서의 분산성, 열처리를 가하였을 때의 입자들의 위치, 전기장을 조사한 후의 입자들의 변화와 블록공중합체 미세구조(microdomain)의 변화에 대해서 관심을 가지고 고찰해 본다.
  • 이제 이 시스템에 대해서 다양한 변수를 변화시켜 보았을 때 어떠한 거동이 나타나는지 고찰해 볼 필요가 있다. 전기장의 효과를 보는 것이 본 연구의 목표이므로, 전기장의 크기를 조절하고 전기장 조사 시간을 변화시켜 박막 내부 구조의 변화를 고찰해 보기로 한다. 전기장 조사 시간을 2배로 증가시켰을 때 나타나는 미세상의 변화를 Figure 5에 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노입자란? 나노입자(nanoparticle)는 수에서 수십 나노미터 크기를 갖는 독립적인 입자를 일컫는 말로서 크기가 감소함에 따라 표면의 특성이 변하고, 표면적이 증가하며, 기존의 벌크재료와는 극단적으로 다른 성질들을 나타냄에 따라 많은 과학자들의 관심을 받아 왔다[3]. 이 중에서 가장 관심을 끌어 왔고 많은 연구가 이루어진 것은 자성 나노입자와 반도체 나노입자, 즉 양자점(quantum dot)이다[4].
블록공중합체의 구조는? 최근 블록공중합체(block copolymer)는 많은 관심을 끌고 있다. 이는 서로 다른 두 가지 고분자 사슬(chain)이 공유결합으로 연결되어 한 분자를 이루고 있는 것이다. 이를 구성하는 두 가지 고분자의 종류, 분자량, 두 가지 고분자가 서로 상호작용하는 정도에 따라서 다양한 물리적, 화학적 성질을 갖게 되는 것이 블록공중합체의 흥미로운 특징이다[1].
자성 나노입자의 장점은? 이 중에서 가장 관심을 끌어 왔고 많은 연구가 이루어진 것은 자성 나노입자와 반도체 나노입자, 즉 양자점(quantum dot)이다[4]. 자성 나노입자는 컴퓨터의 데이터 저장 장치 등을 대체할 수 있는 강력한 후보가 된다는 장점이 있고, 양자점은 반도체의 활용 영역을 극대화할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. I. Hamley, Nanostructure fabrication using block copolymers, Nanotechnology, 14, R39-R54 (2003). 

  2. H. Xiang, Y. Lin, and T. P. Russell, Electrically induced patterning in block copolymer films, Macromolecules, 37, 5358-5363 (2004). 

  3. J. Bae, E. Glogowski, S. Gupta, W. Chen, T. Emrick, and T. P. Russell, Effect of nanoparticles on the electrohydrodynamic instabilities of polymer/nanoparticle thin films, Macromolecules, 41, 2722-2726 (2008). 

  4. J. Bae, Electrohydrodynamic instabilities of polymer thin films: Filler effect, J. Ind. Eng. Chem., 18, 378-382 (2012). 

  5. Y. Lin, A. Boker, J. He, K. Sill, H. Xiang, C. Abetz, X. Li, J. Wang, T. Emrick, S. Long, Q. Wang, A. balazs, and T. P. Russell, Self-directed self-assembly of nanoparticle/copolymer mixtures, Nature, 434, 55-59 (2005). 

  6. B. J. Kim, G. H. Fredrickson, and E. J. Kramer, Effect of polymer ligand molecular weight on polymer-coated nanoparticle location in block copolymers, Macromolecules, 41, 436-443 (2008). 

  7. J. Y. Cheng, C. A. Ross, V. Z. H. Chan, E. L. Thomas, R. G. H. Lammertink, and G. J. Vansco, Formation of a cobalt magnetic dot array via block copolymer lithography, Adv. Mater., 13, 1174-1178 (2003). 

  8. J. J. Chiu, B. J. Kim, E. J. Kramer, and D. J. Pine, Control of nanoparticle location in block copolymers, J. Am. Chem. Soc., 127, 5036-5037 (2005). 

  9. J. Bae and S. H. Cha, Effect of nanoparticle surface functionality on microdomain orientation in block copolymer thin films under electric field, Polymer, 55, 2014-2020 (2014). 

  10. J. Bae, S. J. Park, O. S. Kwon, and J. Jang, The effect of nanoparticle on microdomain alignment in block copolymer thin films under an electric field, J. Mater. Sci., 49, 4323-4331 (2014). 

  11. S. Gupta, Q. Zhang, T. Emrick, and T. P. Russell, "Self-corralling" nanorods under an applied electric field, Nano Lett., 6, 2066-2069 (2006). 

  12. J. Bae, Electrohydrodynamic instability at surface of block copolymer/ titania nanorods thin film, Appl. Chem. Eng., 27, 205-209 (2016). 

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