부산대학교 도서관

기판 위에 순차적으로 고분자 전해질을 적층 시키는 방법을 이용하는 다층박막 제조에 관한 연구는 최근 활발히 이루어지고 있다. 이를 이용하여 마이크로 패터닝, 멤브레인, 전자소자분야, 디스플레이, 생물분야, 그 외에 고분자 퀀텀 닷 복합재료 부문에 이르기까지 다양한 분야에 응용되고 있다. 여기서 고분자 전해질이란 전해질 그룹이 반복된 단위를 가지고 있는 고분자를 말하고, 이 그룹이 물 속에서는 전하를 띄게 된다. 상대 전하간의 인력으로 인하여 기질 표면에 고분자 전해질이 흡착되고, 순차적으로 반복함으로써 원하는 두께만큼의 박막을 형성시킬 수 있다. 사용할 수 있는 기판의 종류는 유리, 실리콘 웨이퍼, 고분자 박막, 나노 입자 등으로써 기판의 선정성에 있어서 제한이 거의 없으며, 또한 원하는 크기를 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 약 전해질을 이용한 다층 박막을 제조하는 것은 용액의 pH, 농도 등을 조절함으로써 흡착이 되는 두께 및 다공성 등의 성질을 조절할 수 있기 때문에 강 전해질을 이용한 방법보다 유리한 점을 가지고 있다. 또한 높은 굴절률을 가지는 MgCl2(pH2.3) 와 같은 용액의 처리를 하게 된 후에 형성되는 박막의 구조 및 형태는 표면의 상 분리의 영향으로 인하여 변하게 된다. 이를 통하여 박막의 미세한 다공성이 생기게 되고, 결과적으로 무 반사 코팅효과를 얻게 될 수 있다. 양전하를 띄는 poly(allylamine hydrochloride) (PAH)와 음전하를 띄는 poly(acrylic acid)(PAA) 고분자 전해질을 이용하여 넓은 기판 위에 균일하고 얇은 박막을 제조할 수 있고 다양한 분야에 응용되고 있다. 이러한 고분자 전해질을 적층시켜 만들어진 다층박막의 제조 방법은 매우 간단하고 쉽지만 화학적, 기계적으로 약하다는 약점을 가지고 있다. 이러한 부분을 보안하기 위하여 최근 다양한 방법이 연구되고 있다. 예를 들어 열에 의한 가교 법, 전해질의 구조를 변형시켜서 광 가교를 이용한 방법, 가교물질을 첨가함으로써 안정화 시키는 방법 등이 있다. 그러나 몇몇 방법은 경제적인 부분에 제약이 있거나 반응과정이 복잡하기 때문에 더욱 간단하면서 비용이 들지 않는 방법이 요구된다. 본 논문에서는 화학적으로 안정한 고분자 다층 박막을 만들기 위한 방법들에 관하여 소개하였다. 안정한 박막을 만들기 위한 가교방법에 대한 연구로써 세가지 방법을 이용하였는데, 첫 번째 방법은 PAH, PAA에 이중결합을 지닌 그룹을 붙여서 다층 박막을 만들고 광 가교 법을 통하여 안정한 필름을 제조하였다. 두 번째 방법은 PAH에 가지고 있는 아민 그룹, PAA에 가지고 있는 카르복실산 그룹, 그리고 알데하이드, 아이소시아나이드 그룹 이렇게 네 가지 기능그룹을 이용되는 ‘Ugi reation’을 사용한 것으로 열 반응을 통해 화학적 안정성을 높인 박막을 제조하는 방법이다. 세 번째 방법은 첨가하는 에폭시 그룹과 고분자 전해질 속의 아민 간의 열 또는 광 가교반응을 이용하여 안정성을 갖는 박막을 제조하는 방법이다. 반응이 진행됨을 확인하기 위하여 접촉각 측정, IR 분석, AFM 이미지 측정을 하였으며 박막이 지닌 특성을 확인하기 위하여 UV 분광법을 이용한 투과도 측정, 무 전해 금속 도금 법, 연필경도 측정, 산 용액에 대한 안정성 확인 등을 이용하였다. 이를 통하여 환경적인 조건에도 불구하고 안정한 고분자 다층박막을 제조할 수 있으며, 이는 플라스틱 기판 위에서 광학적인 성질이 뛰어난 특성을 지닌다.
Layer-by-layer (LBL) assembled polyelectrolyte multilayers (PEMs) have been studied for applying to applications such as micro patterning, membrane, electronics, display and biomaterials, a polymer-quantum dot composite matrix. Polyelectrolytes are polymers whose repeating units bear an electrolyte group. These groups will dissociate in water, making the polymers charged. This technique uses oppositely charged polyelectrolytes that are adsorbed on a substrate (glass, silicon wafer and polymer such as PC, PMMA etc.) alternatively. Weak polyelectrolytes are more useful than strong polyelectrolytes for applications, because it’s possible to control the thickness and porosity by pH and concentration control of solution. So smooth and roughness of the film depend on concentration or pH of the solution. And the morphology of polyelectrolyte multilayers can be changed so that it cause phase separation of surface. Through this method, the film having numerous microporous to create a low-refractive-index layer is gotten an anti-reflection effect. In many studies, poly(allylamine hydrochloride) (PAH) as polycation and poly(acrylic acid)(PAA) as polyanion have been used to create large area , highly uniform thin film for various application. Although this method using PAH/PAA is simple and easy, it has weaknesses that the film is unstable in chemical environments and mechanical property is weak. In recent years, many studies have been developing to complement these kinds of defects such as the use of heat-induced amide, imide formation, modification of polymer etc. But these methods are expensive or a complicated procedure to utilize as applications so that they are required more simple and easy. In this paper, we focus on the chemical crosslinking method to enhance the stability of PEM film. We use the three way to make chemical stable PEMs structure. The first way we used is photo crosslinking of PEM modified by attaching double bond group. The second way is about ‘Ugi reaction’ which uses four-component condensation between an aldehyde, an amine, a carboxylic acid and an isocyanide. The PEM become stable through thermal crosslinking of these groups. The third used epoxy-amine curing reaction. Epoxy group may react and crosslink with amine group in PAH by thermal and UV curing to stabilize multilayers. Reaction was confirmed by contact angle, FT-IR and AFM measurements. Also anti reflection effect was checked using transmittance value and we abtained data through electroless plating and pencil hardness measurement.