POLYMERS Vol.63　No.2 February 2014

POLYMERS　Vol.63　No.2

특집
더욱 얇아지는 고분자 박막

전망

고분자 박막의 유리전이 현상

가나야 도시지, 이노우에 린타로

<Abstract> 고분자를 이용하여 박막을 만들면 벌크와는 다른 흥미로운 물성이 나타난다. 본 원고에서는 고분자 박막의 유리전이 현상, 특히 유리전이 온도의 특성과 관련된 최신 연구결과와 향후의 과제를 소개한다
Keywords: Polymer Thin Film / Glass Transition Temperature / Confinmemt / Surface Effect / Interfacial Effect / Distribution of Glass Transition Temperature

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고분자 나노 흡착층

고가 다다노리

<Abstract> 고분자의 표면 및 계면은 점착, 건조, 마찰, 도포 등 다양한 산업의 중요한 문제와 관련이 있을 뿐만 아니라, 생체 계면에서도 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 원고에서는 고분자와 고체의 계면에 주목하여 양자 빔을 이용한 직접 관찰을 통해서 밝혀진 고분자 나노 흡착층이 고분자 박막의 내부구조 및 물성에 미치는 영향을 소개한다.
Keywords: Adsorbed Layer / Polymer Melt / Solid Interface / Flattened Conformation / Nanoconfinement Effects / Long-Range Perturbations

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자기조직화 고분자 박막을 이용한 전자기기의 초미세 가공

아사카와 고지

<Abstract> 전자기기는 가공 치수의 미세화를 통해서 고성능화와 저가격화를 동시에 실현해왔다. 그러나 장비와 재료 비용의 상승으로 점점 그 한계가 보이기 시작하고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 예전만 하더라도 꿈 같은 이야기로 치부했던 자기조직화를 이용한 고분자 초미세 구조의 응용이 현재 진지하게 연구개발되고 있다.
Keywords: Block Copolymer Lithography / Directed Self-Assembly / Electronic Device Fabrication / Hard Disk Drive / Optical Device / Memory Device

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토픽

하이브리드 고분자 나노 집적체

미츠이시 마사야, 미야시타 도쿠지

<Abstract> 본 연구진은 나노 입자의 배열 및 고분자 나노 시트를 이용하여 다양한 분자구조의 하이브리드 고분자 나노 집적체를 실현하였다. 공기와 물의 계면에서 아크릴 아마이드계 양친매성 고분자의 우수한 필름 형성 능력을 이용하여, 단일 입자 두께 수준의 잘 정의된 하이브리드 고분자 나노 집적체를 생성하였다. 하이브리드 고분자 나노 집적체는 나노 포토닉스와 나노 전자공학에 응용하기 위한 새로운 연구 분야를 개척하였을 뿐만 아니라, 밀폐된 공간에서 빛과 물질의 상호 작용과 관련된 구조와 성질의 관계를 규명하는 데 큰 기여를 하였다. 본 원고에서는 발광 산소 센서로서의 응용 및 은격자 표면에 집적된 하이브리드 고분자 나노 집적체의 발광 제어 등의 예를 소개한다.
Keywords: Polymer Nanosheet / Hybrid Polymer Nanoassembly / Localized Surface Plasmon / Waveguide / Nanoparticle

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계면에서 유발하는 박막중의 반도체 고분자 사슬의 수직배향

다지마 게스케

<Abstract> 높은 이방성 반도체 고분자의 배향을 박막에서 제어하는 것은 유기 전자기기의 성능향상을 위해 중요하다. 본 연구진은 최근 사슬의 말단 부분이 플루오로알킬화된 poly(3-butylthiophene)(P3BT-F)의 표면 분리 현상을 이용하여 독특한 end-on(수직) 배향을 달성할 수 있는 간단한 방법을 개발하였다. P3BT-F/폴리스티렌(PS) 블렌드 필름에서는 결정성 P3BT-F의 표면분리 층에서 공역화된 주사슬의 잘 정렬된 end-on 배향이 관찰되었다. 또한, P3BT–F와 poly(3-butylthiophene)(P3BT)의 혼합물을 스핀 코팅해서 필름이 형성될 때, 벌크상태의 필름에서 P3BT의 높은 결정성은 P3BT가 표면의 P3BT-F 사슬의 배향에 영향을 받아서 end-on 배향하도록 작용하였다. 필름의 표면에 수직 방향으로 측정된 전기 전도도는 벌크 상태에서의 end-on 배향이 실현되어 정공 이동도가 30배 이상 향상되었다. 이와 같은 방법은 다른 결정성 반도체 고분자에도 적용될 수 있으며, 고분자 필름의 광학 및 전자적 특성을 제어하기 위한 응용이 기대된다.
Keywords: Semiconducting Polymers / Chain Orientation / Thin Films / Surface Segregation / Self-Assembly / Anisotropy / Charge Mobility / Crystalization

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중성자 반사율 측정을 이용한 고분자 박막의 구조 해석

야마다 노리후미

<Abstract> 중성자 반사율 측정은 나노미터에서 서브 밀리미터에 이르는 공간에서 표면 및 재료의 계면 구조를 조사하기 위한 유용한 도구 중 하나이다. 수소와 중수소 원자는 중성자에 대해 서로 다른 길이의 산란을 나타내기 때문에, 중성자 반사율 측정을 통해 고분자 블렌드, 생체 모방 세포막과 같은 소프트 응축 물질의 혼합물에서 보통의 수소로 이루어진 물질과 중수소화 된 물질을 구별할 수 있다. 또한, 중성자는 높은 투과율을 나타내기 때문에 비파괴 방식으로 고체/액체 계면과 같이 깊이 묻혀있는 계면을 조사하는 데 유용하다. SOFIA는 일본 양성자 가속기 연구단지(J-PARC)에 있는 수평형 중성자 반사율 측정기기이다. 세심하게 배경을 처리함으로써, 10-7까지 반사율 프로파일을 측정할 수 있다. J-PARC의 고방출 펄스 중성자 빔으로 넓은 파장 대역과 짧은 시간 슬라이스를 나타내는 시분할 측정을 시행할 수 있다. 본 원고에서는 SOFIA의 사양과 고분자 샘플에 SOFIA를 이용한 예를 소개한다.
Keywords: Surface and Interfacial Structures / Soft Matter / Neutron Reflectometry

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액정에 의해서 제어되는 액정성 블록공중합체 박막

고무라 모토노리

<Abstract> 공기와 필름의 계면에서 액정 메소겐의 수직 방향 배향은 구형으로부터 실린더 마이크로 상분리 구조로의 전이 및 액정화 과정의 개시를 유발하기 때문에, 액정성 블록공중합체 PEO-b-PMA(Az)는 열 어닐링을 통해서 다양한 표면에 수직으로 배향된 실린더로 이루어진 잘 정돈된 마이크로 상분리 필름을 형성한다. 두꺼운 필름의 경우, 실리카 기반에서 메소겐의 수평 배향이 확인되었다. 이 현상에 착안하여 샘플 스테이지와 캔틸레버 팁 간의 온도 구배를 도입함으로써, 온도 제어 원자힘 현미경을 이용하여 실린더의 수직 및 수평 배향을 모두 직접 관찰하는 데 성공하였다. 또한, c 매개변수로 대변되는 블록들 사이의 열역학적 반발력에 더하여 액정화에 의해 다른 재료를 배제하는 효과로 인해 액정성 블록공중합체는 가장 작은 마이크로 상분리 구조를 나타냈다. 이와 같이 잘 디자인된 블록공중합체의 계층적인 마이크로 상분리 구조는 블록공중합체 리소그래피 및 기능성 나노 물질의 제조 분야에 이용 가능하다.
Keywords: Microphase Separation / Liquid Crytal / Cylinder / Order-Order Transition / In-situ Observation

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SPring-8에서 GISAXS를 이용한 고분자 박막 구조의 연구

오가와 히로키

<Abstract> 고분자 박막의 기능을 이해하기 위해서는 필름 내에서의 형성 과정뿐만 아니라 마이크로 영역에서 표면의 거친 정도부터 원자 수준의 잘린 구조까지 다양한 스케일의 구조를 측정해야 한다. 본 원고에서는 방사광 스침(GI) 소각 X-선 산란(SAX)을 사용하여 고분자 박막의 구조를 연구한 예를 소개한다. 또한, GI ultra SAX의 최근 발전 현황과 스핀 코팅 과정에서 비파괴 GISAX를 이용한 측정결과를 소개한다.
Keywords: Polymer Thin Film / GISAXS / GIUSAXS / Dewetting / Spin-Coating

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성장하는 고분자

생체조직에 이용 가능한 기능성 재료의 개발을 위하여

다가야 모토히로

<Abstract> 본 원고에서는 향상된 생체 적합성을 가진 기능성 나노바이오시스템과 관련된 계면의 생물학적 현상, 나노바이오 물질 그리고 생의학적인 응용에 대해서 소개한다. 본 연구결과는 바이오 센서, 약물 전달 시스템, 바이오 이미지화 및 조직 공학 재료로서 생의학 분야에 기여할 것으로 기대된다.

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고분자과학의 최전선

셀룰로스 나노 결정의 신전개

세리자와 다케시

<Abstract> 1,4-무수-d-글루코스의 반복 단위로 구성된 셀룰로스는 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 유기 고분자이다. 자연계에서 결정성 기초 섬유는 생합성 중에 형성되며, 다른 생체 고분자와 결합하여 더욱 큰 섬유로 계층적으로 결합한다. 천연 셀룰로스 자원을 산으로 처리하여 막대와 같은 모양의 셀룰로스 나노 결정(CNCs)을 분리할 수 있다. 본 원고에서는 제조 방법, 물리적/화학적 특성, 표면 기능화 및 CNCs의 복합 재료를 소개한다. 또한, 최근 본 연구그룹에서 개발한 새로운 기능인 CNCs의 가수분해 활성에 대해 소개한다.
Keywords: Cellulose / Nanocrystal / Acid Treatment / Suspension / Surface Functionalization / Composite Material / Hydrolytic Activity

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