Browse

Spatial Arrangement of Quantum Dots Directed by Nanostructures of Block Copolymers
블록공중합체 나노구조에 의한 양자점의 배열에 관한 연구

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors
채승용
Advisor
손병혁
Major
자연과학대학 화학부
Issue Date
2016-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Diblock CopolymerSelf-assemblyQuantum DotTemplated ArrangementSupracolloidal Polymer
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학부 고분자화학, 2016. 8. 손병혁.
Abstract
구형의 금속, 산화금속 및 반도체로 이루어진 나노입자는 벌크 상태는 볼 수 없는 독특한 특성을 가지고 있기 때문에 차세대 소재로써 연구되어 왔다. 이와 같은 구형 나노입자는 최근 제조 기술의 발전으로 균일한 크기와 형태로 제조가 가능해짐에 따라, 용액상 혹은 고체상에서의 입자 간 배열에 대한 관심이 증폭되고 있으며, 특히 배열된 입자 간 상호작용에 의하여 개개의 나노입자와는 다른 특성이 관찰되기 때문에 이를 이용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 양자점의 결정 구조의 제조가 보고된 이래로 단일 혹은 이중 이상의 나노입자로 이루어진 다양한 형태의 밀집구조가 연구되었으며, 이제는 단순한 밀집구조를 넘어 복잡한 구조의 나노입자 배열이 연구되고 있다.
나노입자의 배열은 전자 빔 혹은 광자 리소그래피에 의한 하향식 방법으로 얻어질 수 있다. 하지만 일반적인 리소그래피 기술에 의한 배열은 기판 위의 2차원적 평면에서만 유효하다는 한계를 가지고 있다. 반면 자기조립 구조를 가지는 물질에 의해 형성된 나노구조를 형판으로 하여 나노입자를 배열 할 수 있다면 상향식으로 1차원, 2차원뿐만 아니라 3차원의 정렬된 배열을 구현할 수 있기 때문에 하향식의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 부각되고 있다. 특히 둘 혹은 그 이상의 다른 화학적 구조를 가진 고분자 사슬로 구성된 블록공중합체는 고체상 혹은 용액상에서 자기조립에 의한 장거리 질서를 가진 정렬된 나노구조를 형성하기 때문에 나노입자의 배열 제어를 위한 이상적인 재료이다.
본 연구는 이중블록공중합체 나노구조를 통하여 양자점의 공간적 배열을 제어하는 데에 목적을 두었다. 블록공중합체 나노구조를 따라 양자점이 배열되기 위해서는 이중블록공중합체의 한 블록과 양자점 간의 선택적인 상용성이 요구된다. 이러한 상용성을 부여하기 위하여 이중블록공중합체의 특정 블록 혹은 양자점의 표면에 강한 상호 작용을 가능케 하는 기능기를 도입하였다. 이를 통해 양자점과 블록공중합체로 이루어진 복합 필름 내에서 블록공중합체 나노구조에 의한 양자점의 배열의 구현되었다. 또한 용액 상에서도 양자점이 이중블록공중합체 마이셀의 코어에 선택적인 도입이 이루어졌으며, 이중블록공중합체 마이셀이 형성하는 선형의 콜로이드 고분자 사슬을 통해 배열이 이루어졌다. 더 나아가 유기 형광체 혹은 다른 종류의 양자점과의 조합을 통하여 블록공중합체 나노구조에 의해 제어된 다중 형광특성을 구현할 수 있었다.
제 1장에서는 블록공중합체의 고체상 혹은 용액상에서 형성하는 자기조립 나노구조에 대하여 개괄적으로 서술하였다. 기능성 블록공중합체를 위한 합성 방법 및 후중합 반응에 관하여 간략히 소개하였다.
제 2장에서는 블록공중합체와 양자점으로 구성된 복합체 필름 내에서 블록공중합체의 판상형 나노구조를 따라 제어된 양자점의 배열을 다루었다. 블록공중합체가 양자점을 위한 고분자 매트릭스로서 배열을 할 수 있도록 하기 위하여, 반응성의 블록을 가진 블록공중합체를 합성하고, 후중합 반응에 의해 양자점과 강한 결합을 할 수 있는 티올기로 기능화하였다. 스핀코팅에 의하여 제조된 다양한 두께의 복합체 박막 내에서 용매 증기 어닐링을 통하여 배향이 제어된 판상형의 나노구조를 유도하였으며, 나노구조를 따라 양자점이 효과적으로 배열되었음을 확인하였다. 또한 용매 캐스팅에 의해 제조된 수마이크로 두께의 프리스탠딩 필름에서도 무작위적 배열을 가진 판상형 나노구조 내에 양자점이 효과적인 배열을 하였음을 확인하였다.
제 3장에서는 2장에서 다루었던 티올 기능화된 블록공중합체와 양자점에 더하여 유기형광체로 기능화된 블록공중합체를 혼합하여, 블록공중합체 나노구조 내에 이종의 형광체를 동시 도입 및 배열하는 연구를 다루었다. 티올 기능화된 블록공중합체와 형광 기능화된 블록공중합체는 다른 종류의 기능기를 소량 가지고 있지만 화학적으로 동일한 기본적인 구조를 가지도록 하여 혼합 시 거대 상분리 없이 하나의 나노구조를 형성하도록 하였다. 2장에서 사용된 블록공중합체의 반응성 블록에 후중합 반응을 통하여 유기형광체를 결합하였으며, 이를 가지고 제조된 박막 내에서 유기 형광체로 기능화된 판상형 나노구조가 동일하게 형성됨을 확인하였다. 양자점과 각각의 기능화된 블록공중합체가 혼합된 복합체 박막 필름에서 형성된 판상형 나노구조의 한 블록 내에 양자점과 유기형광체가 동시에 선택적으로 도입되었으며, 나노구조 내에 제한되어 수나노 거리 안에 위치한 양자점과 유기형광체 사이의 FRET (Fluorescent Resonance Energy Transfer) 현상을 관찰하였다.
제 4장에서는 용액상에서 형성된 블록공중합체 마이셀을 단량체로 하여 형성된 콜로이드 고분자 사슬에 의한 양자점의 배열에 관하여 서술하였다. 녹색과 적색의 발광을 하는 양자점들은 먼저 표면의 개질을 통해 코어를 형성하는 블록과 수소결합이 가능하도록 하였으며, 이를 통해 블록공중합체 마이셀의 가교된 코어에 효과적으로 도입하였다. 양자점이 도입된 구형의 마이셀은 용매의 극성 조절을 통하여 2 개의 패치를 가진 이방성의 콜로이드 구조로 변형되며, 추가적인 용매의 극성 조절을 통해 선형의 고분자 사슬을 형성함을 확인하였다. 또한 두 가지의 양자점이 각각 도입된 마이셀을 패치 입자 혹은 콜로이드 사슬 단계에서 혼합하는 방법을 통해 녹색과 적색의 발광을 동시에 가지는 랜덤 혹은 블록공중합 형태의 콜로이드 고분자를 제조하였으며, 이를 초고해상도 광학 현미경 중 하나인 SIM (structured illumination microscopy)를 통하여 확인하였다.
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/125317
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Chemistry (화학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._화학부)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse